Bài giảng Sinh học nâng cao

Chương 1. Cơ chế biểu hiện gen trong thực vật 1. Khái niệm cơ bản Sự đa dạng vĩ đại và chức năng tuyệt vời của thực vật Quá trình tích lũy đặc thù vị trí của những protein đặc thù phản ảnh quá trình điều hòa. Quá trình tổng hợp, vận chuyển và tan dã các phân tử protein và RNA được điều hòa rất nghiêm ngặt. Điều hòa theo cả 2 cơ chế là phản ứng tăng cường và ức chế Các yếu tố promoter, enhancer, silencer, các yếu tố phiên mã và các yếu tố gây biến đổi nhiễm sắc đóng vai trò làm tăng cường hay ức chế phiên mã gen. Cơ chế điều hòa gen có liên quan đến phản ứng với auxin Cắt nối thay thế nhau các tiền phiên mã có liên quan đến điều hòa biểu hiện gen. Điều hòa thông qua quá trình dịch mã tạo protein và vận chuyển protein. Thiết kế promoter và các yếu tố phiên mã sử dụng trong công nghệ sinh học nhằm điều hòa hoạt động của gen. Kiểu hình là kết quả tương tác giữa kiểu gen với các yếu tố môi trường bên trong và ngoài cơ thể, trong đó kiểu gen đóng vai trò quyết định, môi trường đóng vai trò quan trọng. Sự thành công của cây trồng được đánh giá thông qua một số thông số: + Thông qua khả năng sinh sản, sinh ra được nhiều con cháu, hệ số nhân cao. + Các con cháu lại có khả năng sống sót và tồn tại rồi phát triển tốt, tỷ lệ sống sót cao. + Rồi các con cháu này lại tiếp tục tồn tại và sống sót cao và cứ như vậy. Khả năng thành công của thực vật đòi hỏi khả năng thích ứng của sinh vật đó với các điều kiện môi trường khác nhau và luôn thay đổi từ khi hạt nẩy mầm đến khi cây có khả năng sinh sản tạo ra hạt mới và phát tán đi. Hầu hết các chức năng của thưc vật đều được thực hiện thông qua hoạt động của các protein. Biểu hiện của gen được phản ảnh thông qua quá trình sinh ra những protein đặc thù và sự điều khiển chúng thông qua các khía cạnh là chúng được sinh ra ở đâu, khi nào sinh ra và sinh ra được bao nhiêu. 2. Sự đa dạng vĩ đại và chức năng tuyệt vời của thực vật Cây Sequoiadendron giganticus trưởng thành có kích thước 2.5 x 1011 lớn hơn hạt của nó. Một chồi măng có thể sinh trưởng tới 1 m 1 ngày. Khả năng thoát hơi nước, một cây ngô trong chu kỳ sống có thể thoát hơi nước hết 200 lít. Sinh sản bao gồm quá trình ra hoa, kết hạt, hình thành quả và sự chín của hạt. Đặc tính phẩn quang của cây bao gồm tính hướng và phản ứng quang chu kỳ. Thực vật có khả năng chống lại sâu bệnh và sự xâm thực bởi các thực vật khác. Thực vật có khả năng chống chịu lại các điều kiện vô sinh bất thuận như hạn, nhiệt độ quá thái và các điều kiện về đất. Hiện tượng cây Crocus nẩy chồi chui lên từ lớp tuyết sâu, cây nắp ấm thuộc họ ly tiết ra các chất bay hơi nhằm hấp dẫn các loại ruồi nhặng đến để ăn thịt, tiêu hóa côn trùng để lấy phospho và đạm. 3. Cơ chế điều khiển biểu hiện gen Dòng thông tin di truyền từ gen (DNA) phiên mã tạo thành RNA dịch mã thành Protein, các protein này sau đó biến đổi sau dịch mã để đi vào ty thể, nạp thể, các cơ quan tử khác hay xuất ra ngoài tế bào. Tất cả các quá trình đó đều được điều khiển tăng cường, ức chế hay bị phân rã ở các mức độ bao nhiêu, khi nào và ở đâu. 3.1. Nhiễm sắc chất và quá trình điều hòa phiên mã DNA nằm trong nhiễm sắc thể, cấu trúc với protein histone tạo thành các nucleosome (146 bp quấn quanh 8 phân tử protein histone) và solenoid. Trình tự DNA nào nằm trong các cấu trúc này thường khó hoạt động và không phiên mã. Thí nghiệm chứng minh rằng, những vùng genome nào sẵn sàng phiên mã thường có đặc tính mẫn cảm với các enzyme deoxyribonuclease, các

Chương 1.

Cơ chế biểu hiện gen trong thực vật

1 Khái niệm cơ bản

- Sự đa dạng vĩ đại và chức năng tuyệt vời của thực vật

- Quá trình tích lũy đặc thù vị trí của những protein đặc thù phản ảnh quá trình điều hòa.

- Quá trình tổng hợp, vận chuyển và tan dã các phân tử protein và RNA được điều hòa rất nghiêm ngặt.

- Điều hòa theo cả 2 cơ chế là phản ứng tăng cường và ức chế

- Các yếu tố promoter, enhancer, silencer, các yếu tố phiên mã và các yếu

tố gây biến đổi nhiễm sắc đóng vai trò làm tăng cường hay ức chế phiên

mã gen.

- Cơ chế điều hòa gen có liên quan đến phản ứng với auxin

- Cắt nối thay thế nhau các tiền phiên mã có liên quan đến điều hòa biểu hiện gen.

- Điều hòa thông qua quá trình dịch mã tạo protein và vận chuyển protein.

- Thiết kế promoter và các yếu tố phiên mã sử dụng trong công nghệ sinh học nhằm điều hòa hoạt động của gen.

- Kiểu hình là kết quả tương tác giữa kiểu gen với các yếu tố môi trường bên trong và ngoài cơ thể, trong đó kiểu gen đóng vai trò quyết định, môi trường đóng vai trò quan trọng.

- Sự thành công của cây trồng được đánh giá thông qua một số thông số:

1

+ Thông qua khả năng sinh sản, sinh ra được nhiều con cháu, hệ số nhân cao.

+ Các con cháu lại có khả năng sống sót và tồn tại rồi phát triển tốt, tỷ lệ sống sót cao.

+ Rồi các con cháu này lại tiếp tục tồn tại và sống sót cao và cứ như vậy.

- Khả năng thành công của thực vật đòi hỏi khả năng thích ứng của sinh vật đó với các điều kiện môi trường khác nhau và luôn thay đổi từ khi hạt nẩy mầm đến khi cây có khả năng sinh sản tạo ra hạt mới và phát tán đi.

- Hầu hết các chức năng của thưc vật đều được thực hiện thông qua hoạt động của các protein.

- Biểu hiện của gen được phản ảnh thông qua quá trình sinh ra những protein đặc thù và sự điều khiển chúng thông qua các khía cạnh là chúng được sinh ra ở đâu, khi nào sinh ra và sinh ra được bao nhiêu.

2 Sự đa dạng vĩ đại và chức năng tuyệt vời của thực vật

- Cây Sequoiadendron giganticus trưởng thành có kích thước 2.5 x 1011 lớn hơn hạt của nó.

- Một chồi măng có thể sinh trưởng tới 1 m/ 1 ngày.

- Khả năng thoát hơi nước, một cây ngô trong chu kỳ sống có thể thoát hơi nước hết 200 lít.

- Sinh sản bao gồm quá trình ra hoa, kết hạt, hình thành quả và sự chín của hạt.

- Đặc tính phẩn quang của cây bao gồm tính hướng và phản ứng quang chu kỳ.

2

- Thực vật có khả năng chống lại sâu bệnh và sự xâm thực bởi các thực vật khác.

- Thực vật có khả năng chống chịu lại các điều kiện vô sinh bất thuận như hạn, nhiệt độ quá thái và các điều kiện về đất.

- Hiện tượng cây Crocus nẩy chồi chui lên từ lớp tuyết sâu, cây nắp ấm thuộc họ ly tiết ra các chất bay hơi nhằm hấp dẫn các loại ruồi nhặng đến

để ăn thịt, tiêu hóa côn trùng để lấy phospho và đạm.

3 Cơ chế điều khiển biểu hiện gen

Dòng thông tin di truyền từ gen (DNA) phiên mã tạo thành RNA dịch mã thành Protein, các protein này sau đó biến đổi sau dịch mã để đi vào ty thể, nạp thể, các cơ quan tử khác hay xuất ra ngoài tế bào Tất cả các quá trình đó đều được điều khiển tăng cường, ức chế hay bị phân rã ở các mức độ bao nhiêu, khi nào và ở đâu.

3.1 Nhiễm sắc chất và quá trình điều hòa phiên mã

- DNA nằm trong nhiễm sắc thể, cấu trúc với protein histone tạo thành các nucleosome (146 bp quấn quanh 8 phân tử protein histone) và solenoid Trình tự DNA nào nằm trong các cấu trúc này thường khó hoạt động và không phiên mã.

- Thí nghiệm chứng minh rằng, những vùng genome nào sẵn sàng phiên

mã thường có đặc tính mẫn cảm với các enzyme deoxyribonuclease, các enzyme này có tác dụng làm lỏng lẻo cấu trúc nhiễm sắc.

- Nếu acetyl protein histone tại vùng đuôi amino acid, có ảnh hưởng đến quá trính bám gắn của protein với DNA do đó DNA nhân được cởi nút đã làm tăng cường quá trình phiên mã các vùng DNA lân cận.

3

- Phiên mã gen có liên quan mật thiết đến cấu trúc của gen, đặc biệt là ở vùng promoter, hộp CAAT và TATA (-25 - -30), một số gen có thể trình

tự 5UTR và 3UTR hoặc intron thậm trí ở cả những vùng mã hóa cũng có thể tham gia vào thành phần promoter.

Hình Sơ đồ gen eukaryote điển hình

- Hoạt động của enzyme RNA polymerase II chịu tác động tham gia bởi nhiều yếu tố phiên mã TF đặc thù khác Sơ đồ và các bước tác động theo thứ tự DNA + TFIID, TFIIB, TFIIA, RNA Pol II, TRIIE và TFIIH.

Chương 16 KIỂM TRA DI TRUYỀN PHẢN ỨNG MIỄN DỊCH

- Khi một chất ngoại lai mang đặc tính kháng nguyên (antigen, thí dụ như protein vỏcủa virus) được đưa vào máu của động vật có vú chúng sẽ kích thích tạo cơ chế bảo

vệ hay phản ứng miễn dịch, kết quả sẽ tổng hợp nên một nhóm các protein cực quantrọng được gọi là các kháng thể (antibody)

- Mỗi kháng thể có một kháng nguyên tương ứng đặc hiệu Các kháng thể này sẽ bọcđặc thù lấy kháng nguyên tương ứng sau đó tạo điều kiện thuận lợi để đưa chúng quamáu ra khỏi cơ thể

- Các nhà khoa học đã khám phá ra có một số trình tự DNA mã hóa một khối lượngkhổng lồ các kháng thể trong hệ thống miễn dịch ở động vật có vú Các trình tựDNA này được lắp ghép trong quá trình phân hóa ở trong các tế bào sản sinh khángthể bằng cách xẩy ra các sự kiện sắp xếp lại genome (genome rearrangements)

1 Thành phần của hệ thống miễn dịch

- Tế bào bạch cầu của máu động vật đóng vai trò trung tâm trong phản ứng miễn dịchcủa động vật có xương sống

4

- Có ba loại tế bào bạch cầu khác nhau đảm nhiệm phản ứng miễn dịch đó là:

+ Tế bào lympho B (lymphocyte B) gọi tắt là tế bào B vì nó được sinh ra ở trong các tếbào tủy sống của động vật có xương sống

+ Tế bào lympho T (lymphocyte T) được gọi tắt là tế bào T vì nó được sinh ra từ tuyếngiáp trạng (thymus gland)

+ Tế bào đại thực bào (macrophage)

- Hình 16.1 mô tả sơ đồ các thànhphần của hệ thống miễn dịch ởđộng vật có xương sống

- Kháng thể được tổng hợp bởi tếbào B, khi được tiết ra ngoài tếbào hoặc nằm trên bề mặt màng

tế bào B tùy theo một số điềukiện nhất định

- Trong quá trình phản ứng miễndịch thể dịch (humoral immuneresponse) thì các kháng thể đượcsinh ra từ tế bào B sẽ ra ngoài tếbào và bọc đặc thù lấy khángnguyên nằm tự do ở trong máu

và kết dính (agglutination) chúnglại

- Phức hợp giữa kháng thể vớikháng nguyên này sau đó đượcđại thực bào nuốt vào bên trongrồi bị phân rã (hình 16.1 trái)

- Tế bào T làm môi trường trunggian cho quá trình phản ứng

5

miễn dịch của tế bào Tế bào T tổng hợp nên chất tiếp nhận (protein thụ cảm) vớikháng nguyên, chất tiếp nhận nhận biết kháng nguyên nằm trên bề mặt màng tế bào

T có tác dụng kích hoạt quá trình phân rã những tế bào nào có chứa các khángnguyên, như các tế bào bị nhiễm virut chẳng hạn như hình 16.1 (phải)

- Các tế bào T khác nhau có biểu hiện chức năng này hơi khác nhau

- Tuy nhiên, nhìn chung quá trình tấn công của tế bào T vào những tế bào mang khángnguyên yêu cầu có sự tham gia của cả chất (protein) tiếp nhận tế bào T đặc thù(specific T cell receptor) với một hoặc một số chất (proteins) tiếp nhận kháng nguyêntương hợp (histocompatibility antigen receptor)

- Cơ chế của mối tương tác giữa chất tiếp nhận tế bào T đặc thù với chất tiếp nhậnkháng nguyên tương hợp sẽ được mô tả ở các phần dưới đây

- Làm thế nào một cơ thể có đầy đủ các thông tin di truyền để mã hóa cho các trình

tự amino acid của một đa dạng vô tận của các kháng thể

- Chúng ta không thể biết được có bao nhiêu kháng thể mà đời một người hay mộtcon chuột có thể tạo ra, nhưng chúng ta biết chắc rằng con số này sẽ rất lớn, đượctính bằng hàng triệu

- Chắc chắn rằng không thể tất cả các gen trong một cơ thể con người có bộ genomechứa 3,2 tỷ bp đều sinh ra kháng thể

a/ Các giả giả thuyết về khả năng tạo ra tính đa dạng kháng thể

Hiện có 3 giả thuyết đưa ra giải thích hiện tượng này:

6

+ Thuyết dòng mầm (germ line) cho rằng có một gen dòng mầm tách biệt đối với mỗimột kháng thể Thuyết này đúng về khía cạnh tổng hợp protein nhưng lại phi lý vìkhông có đủ DNA để đảm nhận chức năng này.

+ Thuyết đột biến Soma cho rằng chỉ có một hoặc một vài gen dòng mầm đặc thùcho mỗi một lớp kháng thể chủ yếu và tính đa dạng được sinh ra bởi tần số cao củađột biến soma Là đột biến xảy ra trong các tế bào soma sản sinh ra kháng thể hoặcxẩy ra ở trong các tế bào mầm sinh ra tế bào tạo kháng thể Tuy nhiên, hiện chưa cómột phát hiện nào cho thấy có một tần suất đột biến cao chỉ xẩy ra ở trong nhữnggen nhất định và chỉ ở trong những loại tế bào nhất định Tuy nhiên, bằng cơ chếnào quá trình đó xẩy ra và làm thế nào quá trình đó được điều khiển thì vẫn không

rõ

+ Thuyết gen nhỏ (minigene) cho rằng sự đa dạng của kháng thể là do sự thay đổicủa nhiều đoạn nhỏ của một vài gen tạo thành một vô số các tổ hợp có thể Sự sắpxếp lại có thể xẩy ra bằng các quá trình tái tổ hợp trong tế bào soma Quá trình nàyđòi hỏi cơ chế hoàn toàn khác biệt trong việc sắp xếp lại các đoạn DNA tronggenome

- Hiện nay chúng ta biết rõ rằng thuyết gene nhỏ đã giải thích đúng về sự đa dạngcủa các kháng thể quan sát thấy Tuy nhiên, đột biến soma cũng đóng góp làm tăngthêm sự đa dạng của các kháng thể Hơn nữa, chúng ta biết rõ rằng có một đoạn ởvùng bảo thủ của mỗi một chuỗi kháng thể được đặc thù bởi một gen hay một đoạngen, đoạn gen này có trong genome với chỉ một số ít copy Bởi thế tất cả ba thuyếtnêu trên đều đúng ở một khía cạnh nào đó

b/ Cấu trúc của kháng thể

- Kháng thể thuộc vào một lớp các protein là globulin miễn dịch (immunoglobulin), mỗi kháng thể chứa 4 chuỗi polypeptide, hai chuỗi nặng giống nhau và hai chuỗi nhẹ

7

giống nhau, chúng gắn với nhau bằng liên kết lưu huỳnh (hình 16.2 thiếu).

- Chuỗi nhẹ dài 220 amino acid, chuỗi nặng dài khoảng 440 – 450 amino acid Mỗichuỗi nặng và nhẹ đều có một vùng biến động nằm ở đầu tận cùng đầu chứa amin củatrình tự amino acid, trong vùng này thường xuyên thay đổi để kháng thể tạo ra có tínhđặc thù cao cho mỗi kháng nguyên khác nhau Vùng bảo thủ nằm ở đầu carboxyl cótrình tự amino acid giống nhau trong tất cả các kháng thể thuộc cùng một lớp Ig nhấtđịnh Vùng này không có liên quan gì đến tính bọc đặc thù đối với kháng nguyên.Vùng biến động của tất cả các chuỗi kháng thể đều dài khoảng 110 amino acid

- Vùng protein mang chức năng đặc thù được gọi là trung tâm (domain), mỗi khángthể có hai vị trí trung tâm bọc kháng nguyên đặc thù Mỗi trung tâm bọc kháng

8

nguyên đặc thù được hình thành ở vùng biến động, một ở chuỗi nặng và một ở chuỗinhẹ (hình 16.3)

- Vùng bảo thủ, của hai chuỗi nặng tương tác với nhau để hình thành nên một vị trítrung tâm bọc kháng nguyên thứ ba gọi là effector (effector function domain), vị trínày chịu trách nhiệm giúp kháng thể tương tác một cách chính xác với các thành phầnkhác của hệ thống miễn dịch

- Có 5 lớp kháng thể tồn tại là: IgM, IgD, IgG, IgE, và IgA, chúng được phân chia dựatrên cơ sở cấu trúc vùng bảo thủ của chuỗi nặng hay cấu trúc của vùng chức năngeffector Thí dụ kháng thể IgD luôn luôn được bám lên bề mặt màng các tế bào sinh rachúng, còn kháng thể IgG thì lại luôn luôn được tiết ra ngoài, đi vào máu đi vòngquanh cơ thể

- Chuỗi nhẹ kháng thể có hai loại là kappa và lamda, chúng được xác định dựa trên

cơ sở cấu trúc vùng bảo thủ của chuỗi nhẹ

- Một số kháng thể có thể có tính đặc thù bọc kháng nguyên giống nhau, điều này là

do các vùng biến động của 4 chuỗi tạo nên, nhưng lại có chức năng miễn dịch khácnhau, vì chức năng này được xác định là do vùng bảo thủ của chuỗi nặng quyếtđịnh

- Bởi thế, khi chúng ta kiểm tra cấu trúc của các kháng thể chúng ta thấy tính đadạng của chúng thường nằm ở hầu hết vùng biến động của phân tử kháng thể Nếucác polypeptide này được tổng hợp từ các trình tự cặp Nu trên đường thẳng của cácgen, nếu một gen sinh ra một polypeptide, thì genome phải chứa một dãy khổng lồcác gen có trình tự biến động cao tại đầu này còn đầu kia phải có trình tự giốngnhau cần thiết

- Nhờ kỹ thuật tái tổ hợp DNA chúng ta có thể tách, xác định được trình tự của nhiềuđoạn DNA trên nhiễm sắc thể của chuột và người mã hóa tạo ra các chuỗi khángthể Kết quả đã giải thích được cơ chế tạo ra sự đa dạng khổng lồ của các khángthể trong cơ thể chúng ta

3 Sự đa dạng kháng thể là do sự sắp xếp lại Genome trong quá trình phân hóa tế bào B

9

a Khái niệm.

- Rất đơn giản, thông tin di truyền mã hóa tạo các chuỗi kháng thể được tàng trữthành những mẩu và mảnh, các mẩu và mảnh này được nối lại với nhau thànhnhững trình tự thích hợp bằng cách sắp xếp lại genome xảy ra trong quá trình pháttriển của các tế bào sinh ra kháng thể gọi là tế bào B của cơ thể

- Mỗi tế bào B chỉ sinh ra được một dạng đơn của kháng thể do vậy tất cả các khángthể được sinh ra từ một tế bào B nhất định sẽ có cùng một tính đặc thù bọc khángnguyên

- Mỗi chuỗi kháng thể được tổng hợp trên cơ sở sử dụng thông tin di truyền đượctàng trữ trong một số những gen khác nhau của những đoạn gen Một số nhà ditruyền gọi những trình tự DNA này là những gen, số khác lại thích gọi chúng là cácđoạn gen, gọi như vậy xem có vẻ đúng hơn

b Chuỗi nhẹ kappa (k)

- Việc tổng hợp chuỗi nhẹ K được kiểm tra bởi 3 đoạn gen khác nhau:

1/ Đoạn gen Vk mã hóa tạo ra 95 amino acid ở đầu amin của vùng biến động

2/ Đoạn gen Jk (J có nghĩa là đoạn kết gắn) mã hóa cho phần còn lại của vùng biếnđộng dài 13 amino acid, nằm cạnh vùng bảo thủ

3/ Đoạn gen Ck mã hóa tạo ra vùng bảo thủ ở đầu tận cùng carboxyl

- Đoạn gen thứ 4, đoạn Lk mã hóa tạo ra đoạn chứa đầu kỵ nước đầu amin dài 17- 20amino acid, đoạn này cần thiết giúp cho quá trình vận chuyển chuỗi kháng thể đi quamàng tế bào Trình tự này sẽ bị cắt đi sau khi kháng thể đi qua được màng tế bào Vìthế nó không phải là thành phần cuối cùng của kháng thể

- Quá trình sắp xếp các đoạn gen chuỗi K xảy ra ở dòng các tế bào mầm, tuy nhiêntrong thực tế có thể xảy ra ở trong tất cả các tế bào không sản sinh ra kháng thể (hình16.4)

- Ở chuột và người thì các đoạn gen tạo chuỗi K thường nằm trên cùng một nhiễm sắcthể, ở người là nhiễm sắc thể số 2

10

- Các đoạn gen sinh chuỗi Lamda cũng tương tự nằm trên cùng một nhiễm sắc thể và ởngười nằm trên nhiễm sắc thể số 22 Còn các đoạn gen quy định chuỗi nặng ở ngườinằm trên nhiễm sắc thể 14.

- Có một số lượng khá lớn, khoảng 300 các đoạn gen Vk , với mỗi chúng lại có một sốtương đương các đoạn gen Lk (hình 16.4 a)

- Trong khi đó, chỉ có một đoạn gen Ck và 5 đoạn gen Jk trong đó có một đoạn gen ởchuột là không có chức năng Các đoạn gen Jk được định vị nằm giữa các đoạn gen

Vk và Ck

- Trong các dòng tế bào mầm, 5 đoạn gen Jk được tách dời khỏi đoạn Vk một trình tựkhông phiên mã dài (chưa rõ dài bao nhiêu) và cách đoạn Ck một đoạn không phiên

mã dài 2000 cặp Nu

- Trong quá trình phát triển của tế bào B, gen mã hóa chuỗi nhẹ K đặc thù, sau này

sẽ được biểu hiện trong tế bào đó, sẽ lắp ghép với một đoạn Lk-Vk, một đoạn Jk vàmột đoạn Ck đơn, thông qua quá trình tái tổ hợp soma (hình 16.4 a và b)

- Quá trình tái tổ hợp xảy ra làm kết gắn bất kỳ một trong khoảng 300 đoạn Lk-Vk vớibất kỳ một trong số 5 đoạn Jk, kèm theo việc cắt bỏ tất cả các DNA xen vào hình16.4b

- Kết quả tạo ra một đoạn gen Vk, Jk trộn lẫn mã hóa cho toàn bộ vùng biến động củachuỗi K

- Các trình tự không mã hóa bao gồm các đoạn nằm giữa gen Jk với gen CK và cácđoạn giữa Jk kề cận Ck Có thể có một đoạn không dịch mã nằm ở giữa đoạn Vk-

Jk trộn lẫn với đoạn Ck , đoạn nàyvẫn được duy trì trong tế bào B khi nó đã đượcphân hóa (hình16.4 b)

- Trình tự DNA (Lk-VkJk-noncoding-Ck) sẽ được phiên mã (hình 16.4c)

- Còn các trình tự không phiên mã khác sau khó sẽ bị cắt bỏ đi trong quá trình thànhthục RNA (hình 16.4 c và d), giống như các trình tự không mã hóa hoặc intronkhác của bất kỳ gen nào trong sinh vật nhân chuẩn

c/ Chuỗi nhẹ lamda

11

- Các gen quy định chuỗi nhẹ lamda cũng được lắp ghép từ những đoạn gen riêng biệt

và xảy ra trong quá trình phát triển của tế bào B

- Sự khác nhau chủ yếu là mỗi đoạn gen quy định chuỗi Jλ luôn đi cùng với đoạn gen

Cλ của riêng mình, do vậy quá trình sắp xếp lại genome đòi hỏi có quá trình tổng hợp

và kết nối giữa các đoạn Lλ- Vλ với các đoạn Jλ- Cλ

- Ở chuột chỉ có 4 đoạn gen Jλ- Cλ, trong khi đó ở người lại có tới 6 đoạn gen Jλ - C λ,

vì thế chỉ có 5% kháng thể của chuột là thuộc dạng kháng thể λ, trong khi đó có tới40% kháng thể của người là có chứa chuỗi nhẹ λ.`

d Chuỗi nặng

- Thông tin di truyền mã hóa các chuỗi nặng được tổ chức lại thành các đoạn gen L

H-– VH , JH và CH , có cấu trúc tương tự các gen mã hóa chuỗi nhẹ K nhưng chỉ khác

là có thêm một đoạn gen gọi là D để tạo ra sự đa dạng, đoạn gen này mã hóa tạo ra

từ 2-13 amino acid trong vùng biến động

- Vùng biến động của chuỗi nặng vì thế được mã hóa bởi 3 đoạn gen tách rời nhau,sau đó chúng phải nối với nhau trong quá trình phát triển của tế bào B Hơn nữa

có từ 1- 4 đoạn gen CH đối với mỗi một lớp Ig

- Ở chuột có tổng số 8 đoạn gen tạo CH , tất cả đều có chức năng và được sắp xếp trênnhiễm sắc thể theo thứ tự CHu, CHδ, CHγ3, CHγ1, CHγ2b, CHγ2a, và CHα (hình 16.5a).Đoạn gen CHu, CHδ, CHe và CHα mã hóa các vùng bảo thủ các chuỗi nặng của lần lượtcác kháng thể IgM, IgD, IgE và IgA Còn 4 đoạn gen CHγ3, CHγ1, CHγ2b và CHγ2a mãhóa cho các vùng ổn định chuỗi nặng của các kháng thể IgG

- Ở người có 9 - 10 đoạn gen CH có chức năng đó là: CHu, CHδ, CHγ1, CHγ2, CHγ3, CHγ4,

CHe1 và có thể cả CHe2, CHα1 và CHα2.

- Cụm gen CH của người cũng chứa 2 gen không có chức năng thường được gọi là

Pseudogenes, chúng có cấu trúc rất giống nhau Pseudogene là đoạn lặp lại một

phần của các gen cấu trúc, kết hợp với những thay đổi đủ lớn để trở nên không có

chức năng và thường là không được phiên mã Pseudogene là hiện tượng thường

thấy ở sinh vật nhân chuẩn

12

- Ở dòng tế bào mầm của chuột có khoảng 300 đoạn gen LH-VH, khoảng từ 10-50đoạn gen D, 4 đoạn gen JH và 8 đoạn gen CH , chúng được sắp xếp trên NST theothứ tự định trước (hình 16.5a).

- Trong quá trình phát triển của tế bào B, từ một tế bào gốc (tế bào soma) phân bàonguyên nhiễm, từ tế bào này xuất hiện các dạng khác của tế bào gốc hoặc xuất hiệnbằng cách phân chia tế bào và phân hóa

- Tái tổ hợp soma đã gắn mỗi đoạn gen LH-VH với một đoạn gen D và một đoạn gen

JH, cắt bỏ 2 trình tự xen nằm giữa của DNA để hình thành nên một trình tự DNAliên tục (VHDJH), trình tự này mã hóa vùng biến động của chuỗi nặng hoàn chỉnh(hình 16.5 a và b)

e, Quá trình chuyển lớp kháng thể

- Tại thời điểm tổng hợp kháng thể, trong tế bào B đang phát triển bắt đầu thì tất cảcác đoạn gen CH vẫn còn và được tách ra từ đoạn gen LH-VHDJH mới được hìnhthành bởi một trình tự không mã ngắn hình 16.5 b

- Lúc này tất cả các kháng thể được tổng hợp đều cùng có một chuỗi nặng IgM làsản phẩm của gen CHμ

- Nếu có một kháng nguyên bị nhận biết và bị bọc với một kháng thể nằm trên bềmặt của tế bào B đang phát triển, thì tế bào đó sẽ được kích thích để phân hóathành một tế bào B trưởng thành

- Trong quá trình phân hóa một số tế bào B sẽ phân lớp từ tế bào sinh kháng thể lớpIgM sang tế bào sinh ra các kháng thể khác lớp

- Hiện tượng chuyển lớp này thường liên quan đến quá trình tiếp tục sắp xếp lạigenome, trong quá trình đó các đoạn gen CH nằm gần nhất với các đoạn gen LH-

VHDJH được gắn từ trước sẽ bị cắt bỏ đi (hình 16.5 c - e)

- Lớp kháng thể nào được tạo ra sau khi chuyển lớp, sẽ được xác định bởi các đoạngen CH nào được mang vào vùng gần nhất với đoạn gen LH-VHDJH, như đã trìnhbày ở hình 16.5c - e

13

4 Đa dạng kháng thể do quá trình cắt nối các phiên mã khác nhau tạo nên

- Một kiểu khác của quá trình phân lớp kháng thể xảy ra trong quá trình phân hóa tếbào B là cách cắt nối để thành thục RNA Tế bào B chín nhất định có khả năng tạo

ra cả hai kháng thể IgM và IgD, hai kháng thể này chỉ khác nhau ở vùng chức năngeffector (nhận biết) cả hai đều có vùng bọc kháng nguyên giống nhau và được đặcthù bởi sự kết gắn giữa đoạn gen trội VkJk hay VλJλ với VHDJH

- Ở những tế bào này trình tự tiền phiên mã được tổng hợp sẽ kéo dài qua cả haiđoạn gen CHμ và CHδ Trong quá trình thành thục, trình tự phiên mã VHDJH có thể

bị cắt bỏ đi, hoặc trình tự CHμ và CHδ, cả hai đều được tổng hợp trong cùng một tếbào

- Một sự đa dạng nữa xảy ra trong quá trình tổng hợp kháng thể là việc tạo ra mộttrình tự có chức năng bài tiết và bám vào màng tế bào của một kháng thể nhất định.Kháng thể đầu tiên xuất hiện trong tế bào B đang phát triển là các phần tử khángthể IgM bọc lên màng tế bào Kết quả làm tế bào này chuyển thành có khả năng tạo

ra dạng bài tiết cho kháng thể IgM Hai dạng kháng thể IgM trên chỉ khác nhau ởphần đầu tận cùng C của chuỗi nặng Chuỗi nặng của dạng bọc lên màng dài hơndạng bài tiết dài 21 amino acid Chuỗi nặng của dạng bọc màng dài 41 amino acid

có tính kỵ nước nằm ở tại đầu tận cùng C, nơi này có thể là một trình tự chịu tráchnhiệm gắn bám lên bề mặt màng tế bào Trình tự kỵ nước này nếu được thay thếbằng một trình tự kỵ nước khác dài 20 amino acid sẽ tạo thành dạng bài tiết

- Trình tự mã hóa các exon của các đoạn gen CH bị ngắt quãng bởi các trình tự không

mã hóa intron, giống như đối với nhiều gen của sinh vật nhân chuẩn, các đoạn gen

CH chứa từ 4- 6 exon và 3 - 5 intron hình 16.7 Trong các kháng thể bám trênmàng, vùng bảo thủ chuỗi nặng được sinh ra bằng cách cắt nối tất cả 6 exon vớinhau (hình16.7a và b) 2 exon cuối cùng mã hóa tạo ra phần đuôi kỵ nước của cácchuỗi nặng bám màng Trong quá trình tổng hợp dạng bám màng, exon CH thứ 5 bịcắt đi tại vị trí codon 20 tính từ đầu cuối của exon thứ 4 (hình 16.7 b) vì thế đã làm

16

thay đổi trình tự amino acid Trong kháng thể bài tiết, có chứa vùng bảo thủ củachuỗi nặng là sản phẩm của 4 exon đầu (hình 16.7c).

- Việc sử dụng các đường hướng khác nhau trong quá trình phiên mã và thành thụcRNA để tổng hợp lên các dạng kháng thể bài tiết và bám màng đã được xẩy ra đốivới lớp kháng thể IgM Bằng chứng gần đây chứng tỏ rằng đường hướng này cũngxảy ra đối với cả các lớp kháng thể globulin khác

5 Trình tự tín hiệu điều khiển quá trình sắp xếp lại các genome

- Sự sắp xếp lại genome xảy ra trong quá trình phát triển của tế bào B được điềukhiển như thế nào? Yếu tố nào chịu trách nhiệm kiểm soát tái tổ hợp soma, cụ thể

là kiểm soát quá trình mà một đoạn gen V chỉ kết gắn với một đoạn gen J chứkhông kết gắn với đoạn gen V khác hay kết gắn trực tiếp với đoạn gen C

- Hiện người ta đã xác định được trình tự một số đoạn DNA trên nhiễm sắc thểmang tụ tập những đọan gen V, D và J của chuột và người Từ kết quả trình tự cặp

Nu cho thấy tồn tại một sô trình tự tín hiệu giúp kết gắn đặc thù giữa V-J, V-D vàD-J Nhiều trình tự tín hiệu tương tự cũng đã được phát hiện nằm gần tất cả cácđoạn gen V Tương tự, tất cả các đoạn gen J cũng có những trình tự tín hiệu giốngnhau, nằm ở gần các trình tự mã hóa chúng Tuy nhiên, các trình tự tín hiệu cókhác nhau từ vùng lân cận đến đoạn gen V Trong khi đó đoạn gen D và C có trình

tự tín hiệu riêng nằm ở lân cận

- Trình tự tín hiệu kiểm soát quá trình gắn kết giữa V-J, V-D và D-J chứa 7 cặp Nu(heptamer) và 9 cặp Nu (nonamer) được tách rời bởi những khoảng trống khácnhau nhưng có chiều dài đặc thù, để gắn kết Vk-Jk thì khoảng trống ở trình tự tínhiệu Vk dài 12 cặp Nu, trong khi đó khoảng trống của trình tự tín hiệu JK dài 22 cặpNu

- Trình tự heptamer và nonamer nằm ngay sau phía bên phải như được vẽ ở hình

16.4 và 16.8 Trình tự gen VK bổ xung ngay trước trình tự gen JK (hình 16.4 và 16.8bên trái) Các trình tự tín hiệu này có khả năng hình thành nên cấu hình thân(stem) hoặc kẹp tóc (loop) như đã được mô phỏng ở hình 16.8, nhờ vậy đã mangđoạn gen JK và VK vào vị trí sẵn sàng kết gắn được với nhau Hình như quá trình

17

kết gắn xảy ra chỉ khi một trình tự tín hiệu chứa một khoảng trống dài 12 Nu, còntrình tự tín hiệu kia chứa khoảng trống dài 22 Nu Kết gắn được tăng cường khi cómặt của một số protein đặc thù làm trung gian cho quá trình gắn kết Rất nhiềutrình tự tín hiệu tương tự hình như cũng để kiểm soát quá trình kết gắn VH-D và D-

JH, trong khi đó có một vài sự khác nhau giữa các trình tự tín hiệu giúp chuyển lớpkháng thể

6 Đa dạng kháng thể là kết quả gắn kết vị trí khác nhau và đột biến soma

18

- So sánh sự đa dạng về trình tựamino acid tồn tại trong phân tửkháng thể với trình tự aminoacid mong đợi từ trình tự đoạngen mã hóa kháng thể cho thấy

có sự đa dạng nhiều hơn vềtrình tự amino acid của vùng V-

J so với trình tự Nu các đoạngen sinh ra nó Các nghiên cứusau này đã chứng tỏ rằng sự đadạng thêm này có thể được giảithích là do sự biến động về vịtrí tái tổ hợp khi gắn nối giữaV-J Thí dụ nếu sử dụng vị tríkết gắn khác nhau giữa đoạngen VH và JH ở chuột được trìnhbày ở hình 16.9 Trong quátrình gắn kết giữa đoạn gen Vk41

với J5, thì tái tổ hợp có thể xảy

ra giữa 4 vị trí Nu nằm lân cậntại vị trí cắt nối Như đã trìnhbày ở hình 16.9 d, cho thấy vị trí tái tổ hợp khác nhau đã tạo nên 4 trình tự Nu khácnhau mã hóa 3 amino acid nhất định tại vị trí 96 của chuỗi nhẹ kappa ở chuột Vì vịtrí amino acid 96 này xảy ra ở vùng trung tâm của chuỗi kháng thể nên nó có liênquan đến quá trình bọc kháng nguyên

- Sự kiện kết gắn V-J theo cách khác nhau đã góp phần đáng kể tạo ra sự đa dạngphong phú về tính đặc thù của kháng thể của động vật có xương sống

- Nhiều sự kiện kết gắn khác nhau tương tự cũng đã được phát hiện trong quá trìnhtương tác kết gắn giữa VK-JK và VH-D-JH Bởi thế việc sử dụng vị trí tái tổ hợp thay

19

thế trong quá trình xảy ra kết gắn có liên quan đến việc nắp ghép các gen tạo khángthể thành thục cũng tạo nên sự đa dạng của kháng thể.

- Mặc dù sự đa dạng của kháng thể được tạo ra là do: 1/ sự kết gắn khác nhau giữamột gia đình lớn các đoạn gen V, D với J và 2/ do việc sử dụng vị trí tái tổ hợp khácnhau trong phản ứng kết gắn gây ra Còn một số nghiên cứu đáng quan tâm khácchứng tỏ còn có một số cơ chế nữa có liên quan đến việc tạo ra sự đa dạng cáckháng thể Các cơ chế đưa ra trên cơ sở so sánh: 1/ Trình tự cặp Nu đoạn gen biểuhiện với trình tự của nó ở dòng tế bào mầm, 2/ So sáng trình tự amino acid củakháng thể thực với trình tự amino acid mong đợi từ trình tự các Nu của gen Thí dụkhi so sánh trình tự amino acid thực của các chuỗi λ1 của chuột khác nhau với trình

tự amino acid mong đợi (dựa trên trình tự cặp Nu của các đoạn gen λ1) của chuỗinhẹ λ1 cho thấy chúng có sự khác nhau rất rõ ở vùng biến động so với vị trí nối.Kết quả tương tự cũng xẩy ra ở vùng biến động của các chuỗi nặng Trong tất cảcác trường hợp, sự thay đổi là do kết quả của quá trình thay thế từng cặp Nu đơngây nên Sự thay thế như vậy có thể chiếm từ 1-2% các cặp Nu của các đoạn gen

mã hóa vùng biến động của các kháng thể Sự thay thế cặp nu này được thừa nhận

là do xảy ra một vài cơ chế gây đột biến soma, đột biến này chỉ xảy ra đối vớinhững trình tự DNA mã hóa vùng biến động của các chuỗi kháng thể Bởi vì sựthay đổi này thường xảy ra ở vùng biến động của các gen sinh kháng thể thườngxuyên hơn nên quá trình này được gọi là đột biến siêu soma Cơ chế của đột biếnsiêu soma xảy ra như thế nào hiện vẫn chưa rõ

- Đột biến siêu soma xẩy ra ở vùng gen kháng thể mã hóa ra vị trí bọc kháng nguyên,

có thể rất có ý nghĩa đối với sinh vật Nếu không có cơ chế tạo ra sự đa dạngkháng thể này xảy ra thì phạm vi đặc thù của kháng thể có được sẽ cố định theotrình tự hiện có trong genome tại thời điểm vừa sinh ra và quá trình tái tổ hợp đượctạo ra bởi mức độ khác nhau của các phản ứng kết gắn các đoạn gen

- Các virut và ký sinh gây bệnh khác nhau có liên quan và tạo ra một cách ổn định cácbiến dạng mới với những chất xác định kháng nguyên mới

20

- Để có được sức tự vệ đầy đủ đối với sự thay đổi về thành phần kháng nguyên cácvirut và thành phần khác nhau của môt trường, thì hệ thống miễn dịch phải có khảnăng phản ứng nhanh với những thay đổi đó Bằng cách nào đó tốt hơn để đảm bảobảo vệ được an toàn hơn là làm đảo lộn những gen sinh kháng thể với cơ chế riêng củamình nhằm thích ứng nhanh chóng đối với các kháng nguyên mới có thể liên quan đếnquá trình siêu đột biến soma trong tương lai.

7 Có bao nhiêu tái tổ hợp được tạo ra

- Chúng ta biết rằng phần lớn sự đa dạng kháng thể là do quá trình kết gắn khác nhaugiữa các đoạn gen sinh các chuỗi kháng thể gây nên Thí dụ số lượng chuỗi nhẹkappa ở người có thể có là 300 đoạn gen VK x 5 đoạn gen Jk sẽ bằng 1500 đoạn gen

VKJK được hình thành Vùng biến động của chuỗi nặng còn tạo ra sự đa dạng caohơn nhờ các đoạn gen D của nó được nhân bội lên Nếu giả sử có 300 đoạn gen VH,

25 đoạn đoạn gen D và 6 đoạn gen JH trong dòng tế bào mầm ở người, thì sẽ có

45000 vùng biến động của chuỗi nặng khác được sinh ra Sử dụng cách ước đoánnày có thể sẽ có 67.500.000 các vị trí bọc kháng nguyên khác nhau có thể đượcsinh ra nếu chỉ dùng chuỗi nhẹ Kappa Các chuỗi nhẹ λ cũng tạo ra mức độ tương

tự nữa của đa dạng kháng thể

- Rõ ràng rằng việc trộn lẫn các đoạn gen sinh kháng thể này đã được tạo ra một sốlượng kháng thể khổng lồ đáp ứng với sự đa dạng của các kháng nguyên Hiện nay,chúng ta còn biết có một cơ chế tạo ra sự đa dạng kháng thể nữa xảy ra theo 2 cơchế:1/ Là đột biến soma và 2/ Khả năng biến động tại các vị trí xảy ra sự liên kếtgắn giữa V-J, V-D và D-J Như vậy phạm vi biến động có thể của sự đa dạng vềkháng thể hình như không có giới hạn

8 Điều hòa quá trình phiên mã tăng cường tính đặc thù theo mô.

- Hiện người ta biết rằng các gen sinh kháng thể ở dòng tế bào mầm không đượcphiên mã hoặc được phiên mã nhưng với cường độ rất thấp Trong tế bào B sinh khángthể chỉ có 10 - 20% phân tử mRNA là của các gen sinh kháng thể Sau đó thì điều gìgiúp chịu trách nhiệm để các phiên mã của các gen sinh kháng thể trải qua tái sắp xếp

và trở thành hoạt động Trong trường hợp các gen sinh chuỗi nặng thì quá trình tái sắp

21

xếp đã đưa các promoter nằm ở đầu trên (uptream) của các đoạn gen LH- VH vào vùngchịu ảnh hưởng của một yếu tố tăng cường mạnh nằm ở intron đoạn giữa gen JH và gen

CHμ (hình 16.10) Mỗi đoạn gen LH-VH chứa một promoter nằm ở vùng uptream củagen Tuy nhiên, trước khi xảy ra sắp xếp lại genome dẫn đến tổng hợp chuỗi nạng thìyếu tố tăng cường này nằm xa promoter của LH-VH , điểm gần nhất cũng dài hơn100.000 cặp Nu (hình 16.10 top)

- Thừa nhận rằng yếu tố tăng cường này không thể hoạt động phiên mã từ promoternằm xa như vậy được Tuy nhiên, khi có quá trình tái sắp xếp xảy ra trong quá trìnhphân hóa tế bào B (hình16.5) đã làm dịch chuyển promoter của đoạn gen LH-VH đếnvùng trong vòng ngắn hơn 2000 cặp Nu so với enhancer (hình 16.10 dưới) Lúc nàyenhancer có thể hoạt hóa phiên mã bắt đầu từ promoter nằm ở uptream của đoạn gen

LH-VH Enhancer có liên quan đến hoạt động tổng hợp chuỗi nặng và có tính đặc thùtheo mô, nó hoạt động phiên mã chỉ trong tế bào lymphocyte và không có ảnh hưởngtrong các tế bào có nguồn gốc từ mô khác Vì rằng quá trình hoạt hóa đòi hỏi phải cómặt của một yếu tố hoạt tính phiên mã, yếu tố phiên mã này chỉ được tổng hợp ở trongcác tế bào lymphocyte

- Một yếu tố tăng cường tương tự cũng đã được phát hiện ở intron nằm giữa tụ điểmđoạn gen chuỗi nhẹ JK và trình tự mã hóa CK Bởi thế, hình như quá trình dichuyển của promoter điều khiển gen sinh kháng thể đã vào được vùng ảnh hưởngcủa yếu tố tăng cường đặc thù theo mô, đây có thể là một cơ chế hoạt hóa chungcủa các gen sinh kháng thể trong quá trình phân hóa tế bào B

22

8 Chọn lọc dòng vô tính

- Vấn đề đặt ra làm thế nào mà sinh vật có thể bắt đầu tổng hợp kháng thể đặc thù cáckháng nguyên mà trước kia nó chưa từng đối mặt Điều này được giải thích theothuyết chọn lọc dòng vô tính Hãy nhớ rằng, tất cả kháng thể được sinh ra từ một tếbào B đơn đều có tính đặc thù bọc kháng nguyên giống nhau Nhưng các tế bào khácnhau trong quần thể tế bào B sẽ xảy ra quá trình sắp xếp lại genome khác nhau, dẫnđến sẽ tạo ra các kháng thể có tính đặc thù khác nhau Vì thế, quần thể tế bào B củangười hoặc chuột sẽ sinh ra rất nhiều loại khác thể

- Thuyết chọn lọc vô tính của chuột sẽsinh ra rất nhiều loại khác thể Thuyếtchọn lọc vô tính cho rằng việc bọc củamột kháng nguyên ngoại đặc thù với mộtkháng thể trên bề mặt một tế bào B đãkích thích tế bào đó phân chia tạo ra một

số lượng lớn các tế bào B đặc biệt, gọi làmột dòng tế bào giống hệt nhau và vì thế

tế bào động vật có vú lưỡng bội,chúng mang hai bộ thông tin di truyền

mã hóa cho mỗi một chuỗi kháng thể,nhưng chỉ có một sự sắp xếp lạigennome các chuỗi nhẹ mã hóa các

23

trình tự là có hiệu quả và một sự sắp xếp lại genome có hiệu quả đối với chuỗinặng mã hóa các trình tự xảy ra trong một tế bào B Hiện tượng này được gọi làhiện tượng loại trừ alen bởi vì do một trong các alen sẽ bị loại trừ ra khỏi quá trìnhbiểu hiện gen.

- Vậy câu hỏi đặt ra là bằng cách nào và tại sao lại có hiện tượng này, hiện tạichúng ta vẫn chưa rõ nguyên nhân Nhưng rõ ràng rằng phải có một cách nào đó

có cơ chế đáp lại đã chặn quá trình tái tổ hợp liên quan đến quá trình sắp xếp lạicác gen sinh kháng thể, khi sự sắp xếp này có hiệu quả xảy ra, thì các tế bào bắtđầu tổng hợp một kháng thể chức năng Cơ chế đơn giản nhất là liên quan đến sự

ức chế quá trình này bằng chính các kháng nguyên chín Tuy nhiên, cần phải cónhững nghiên cứu tiếp theo để xây dựng được cơ chế nhằm lý giải hiện tượng loạitrừ alen xảy ra

10 Sự đa dạng về yếu tố thụ cảm tế bào T

- Tế bào T làm môi trường trong phản ứng miễn dịch của tế bào (hình 16.1) Tế bào

T nhận biết kháng nguyên trên bề mặt tế bào và giết tế bào bào nào mang khángnguyên này

- Giống như kháng thể được tạo ta từ tế bào B, tế bào T có thể nhận biết và phá hủycác tế bào mang nhiều loại kháng nguyên khác nhau Bởi thế phản ứng của tế bào Tcũng biểu hiện một mức độ hiện tượng đặc thù

- Bằng cách nào tính đặc thù này được sinh ra? Câu trả lời là tế bào T đã sinh ra chấtthụ cảm bọc màng, chất này rất giống như kháng thể được tạo ra bởi tế bào B Tuynhiên, sự đa dạng về tính đặc thù của chất thụ cảm tế bào T được tạo ra bằng cáchsắp xếp lại genome tương tự như tạo ra kháng thể Bằng cách nào tế bào T tránhđược việc tương tác với các kháng nguyên tự do, để tránh quá trình nhân đôi chứcnăng của tế bào B trong phản ứng miễn dịch? Khi sản sinh, tế bào T phải nhậnbiết đồng thời cả kháng nguyên xâm phạm trên bề mặt tế bào và một protein kháckhi dính lên bề mặt tế bào Protein bề mặt tế bào thứ hai mà tế bào T phải nhận biết

là sản phẩm của một trong số rất nhiều gen trong phức hợp tương hợp chính trongghép mô (MHC, major histocompatibility) Locus MHC mã hóa một nhóm phức

24

tạp các protein có mặt trong tất cả các tế bào của người hoặc chuột Bởi thế, tế bào

T có khả năng nhận biết và phá hủy bất kỳ tế bào nào đang sản sinh ra một khángnguyên nhất định (protein vỏ một virut) của bất kỳ mô nào của cơ thể Sự tươngtác chất thụ cảm tế bào T với 2 kiểu kháng nguyên trên bề mặt tế bào trên (khángnguyên xâm phạm và kháng nguyên ghép mô), được trình bầy ở hình 16.1

- Chất thụ cảm tế bào T bao gồm 2 chuỗi polypeptide α và β, mỗi chuỗi được mã hóabởi các đoạn gen L-V, D, J và C giống như các chuỗi kháng thể Các chuỗi trên cũngchứa những vùng biến động hình thành nên vị trí bọc kháng nguyên và vùng bảo thủ

để đính chất thụ cảm lên bề mặt tế bào (hình 16.12a)

25

- Vùng biến động chất thụ cảm tế bào T được mã hóa bởi rất nhiều đoạn gen L-V, D

và J, vùng bảo thủ được mã hóa bởi một số lượng nhỏ hơn các đoạn gen C

- Các gen sinh ra chất thụ cảm tế bào T được lắp ghép bởi quá trình tái sắp xếp lạigenome, xảy ra trong quá trình phân hóa tế bào T từ tế bào gốc cũng giống nhưtrường hợp của các gen sinh kháng thể trong quá trình phát triển tế bào B

- Hình 16.12b chỉ ra rằng các đoạn polypeptide thụ cảm tế bào T là α và β được mãhóa bởi các đoạn gen L-V, D, J và C Protein thụ cảm α và β được mã hóa bởi các

26

đoạn gen cũng nằm tập trung trên nhiễm sắc thể tương tự như các đoạn gen sinhkháng thể.

- Ở người tụ điểm các đoạn gen mã hóa sinh ra dạng thứ 3 của chuỗi thụ cảm tế bào

T có tên là γ, chuỗi này có mặt như là một dạng đặc thù của tế bào T Có một sốdạng khác biệt của tế bào T nữa chúng cũng thực hiện các chức năng khác nhautrong phản ứng miễn dịch

- Cấu trúc các tụ điểm gen sinh chất thụ cảm tế bào T, rất giống nhau giữa của người

và chuột Tổ chức các đoạn gen ở tế bào dòng mầm mã hóa chuỗi β của chất thụ cảm

tế bào T được trình bày ở hình 16.13a

- Tổ chức gen sinh chuỗi β được sắp xếp lại để có được chức năng được trình bày ởhình 16.13 b

- Trình tự tín hiệu heptamer và nontamer cũng rất tương tự như quá trình điều khiển

sự sắp xếp lại gen sinh kháng thể và cũng có mặt khi cần thiết ở cùng vị trí trongcụm gen sinh chất thụ cảm tế bào T

- Sự có mặt của chúng ở cả 2 kiểu cụm gen chứng tỏ rằng có một cơ chế gắn kết cácđoạn gen tương tự được xẩy ra trong quá trình tái sắp xếp lại các gen của sinhkháng thể và sinh chất thụ cảm tế bào T

- Có thể có ít biến động trong chất thụ cảm hơn là ở trong kháng thể

27

- Vùng biến động của chất thụ cảm tế bào T được mã hóa bởi chỉ khoảng 30 đoạngen V , trong khi đó có khoảng 300 đoạn gen V cho cả 2 chuỗi nhẹ kappa và chuỗinặng kháng thể kappa.

- Tuy nhiên, có nhiều hơn về các đoạn gen J trong cụm gen sinh chất thụ cảm tế bào

T, thí dụ có 12 đoạn gen J chứa chức năng đối với các chuỗi sinh chất thụ cảm βhình 16.13

- Tuy nhiên, chúng ta vẫn chưa biết các gen trải qua quá trình siêu đột biến soma

- Dù sao đi nữa chất thụ cảm tế bào T cũng biểu hiện một số lượng lớn sự đa dạng và

sự đa dạng này cũng được tạo ra bởi sự tái tổ sắp xếp lại genome, trong quá trình tếbào T phân hóa cũng giống như quá trình mà tế bào B xảy ra tạo ra sự đa dạngkháng nguyên

- Như đã đề cập ở trên, có một số dạng tế bào T khác nhau, chúng đóng vai trò khácnhau trong quá trình phản ứng miễn dịch của tế bào Chi tiết về các kiểu tế bào T,chức năng của chúng, bạn đọc nên tham khảo chương 24 cuốn sách “immunity”của sinh học tế bào phân tử, xuất bản bởi J Darnell, H Lodish và D baltimore

11 Tính phức tạp chủ yếu trong sự tương hợp khi ghép mô

- Phản ứng miễn dịch ở động vật có vú là một quá trình rất phức tạp có sự tham giacủa nhiều đại phân tử và nhiều loại tế bào khác nhau Các phần trên chúng ta mớichỉ đề cập đến quá trình kiểm soát di truyền việc tổng hợp các chuỗi kháng thể vàcác protein thụ cảm tế bào T

- Rất nhiều các thành phần khác của phản ứng miễn dịch như kháng nguyên cấyghép (transplanting antigen) chịu trách nhiệm chính trong việc loại bỏ mô ngoạikhi phẫu thuật cấy ghép mô được kiểm soát bởi một phức hợp nhiều gen, gọi làphức hợp tương hợp chính trong cấy ghép mô MHC

- Ở người các protein của MHC được mã hóa bởi locus HLA (human leukocyteantigen complex) nằm trên nhiễm sắc thể số 6, còn ở chuột thì locus MHC là H-2(Histocompatibility locus 2) và nằm trên nhiễm sắc thể số 17 Cả ở chuột lẫn ngườilocus MHC rất dài > 2 x 106 bp và chứa một số lượng lớn các gen Hơn nữa, nhiều

28

gen chứa một số lượng lớn các allen xác định và khả năng mà có 2 cá thể bất kỳnào giống nhau về tất cả các gen MHC là cực kỳ nhỏ.

- Các gen MHC có tính đa hình rất cao do có một số lượng lớn alen của những gen

cá biệt thường được phân ly trong một quần thể nhất định

- Gen MHC mã hóa 3 lớp protein khác nhau có liên quan đến nhiều khía cạnh củaphản ứng miễn dịch Cấu trúc locus MHC người (HLA) và các vùng gen có liênquan mã hóa các lớp khác nhau kháng nguyên ghép mô hòa hợp được trình bàyhình 16.14

- Các gen lớp I mã hóa các kháng nguyên cấy ghép Protein lớp I là glycoproteinđược cắm như các protein màng tổng hợp với chất xác định kháng nguyên, đượcphơi ra bên ngoài tế bào Chúng có mặt ở tất cả các tế bào của một sinh vật và chophép tế bào T phân biệt rõ bản thân mình hay ngoại lai

- Protein lớp I là các kháng nguyên, thường chịu trách nhiệm trong quá trình loại trừ

mô ngoại, khi cấy ghép mô và cơ quan Như được trình bày ở hình 16.12 cáckháng nguyên này đóng vai trò quan trọng giúp tế bào đơn T trong việc nhân diện

và phá vỡ các tế bào mang kháng nguyên ngoại Chất thụ cảm tế bào T đơn được

29