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

Trong vòng 10 năm trở lại đây kể từ sau khi các nhà sinh học phân tử khám phá ra cơ chế kiềm hãm sự biểu hiện gene đặc hiệu nào đó thông qua RNA – gọi là con đường gây nhiễu gene thông qua RNA (the RNA interference (RNAi) pathway) – việc nghiên cứu cơ chế và ứng dụng này ngày càng trở nên một vấn đề lý thú thu hút khá nhiều sự quan tâm của các nhà sinh học góp phần tạo nên cơn sốt "thế giới RNA – RNA World". ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tương hợp giữa biểu hiện và im lặng trong sự điều hòa gene Tương hợp giữa biểuhiện và im lặng trong sự điều hòa geneTrong vòng 10 năm trở lại đây kểtừ sau khi các nhà sinh học phântử khám phá ra cơ chế kiềm hãmsự biểu hiện gene đặc hiệu nào đóthông qua RNA – gọi là conđường gây nhiễu gene thông quaRNA (the RNA interference(RNAi) pathway) – việc nghiêncứu cơ chế và ứng dụng này ngàycàng trở nên một vấn đề lý thúthu hút khá nhiều sự quan tâmcủa các nhà sinh học góp phầntạo nên cơn sốt thế giới RNA –RNA World. Phức hợp gây sựim lặng gene thông qua RNA gọitắt là RICS (RNA-inducedsilencing complex) chứa nhiềuđọan RNA ngắn nhỏ mang chứcnăng gây nhiễu (siRNA - smallinterfering RNAs) mà chính trìnhtự các siRNA sẽ bắt cặp RNAthông tin (mRNA) đặc hiệu củamột gene nào đó. Việc bắt cặpgiữa siRNA và mRNA giống nhưviệc đóng dấu ấn lên mRNAkhiến cho phân tử mRNA sau đósẽ bị xử trảm (phân hủy) vàđiều này cũng đồng nghĩa làmRNA không còn cơ hội dịch mãthành protein nữa. Cơ chế gây imlặng gene ở giai đọan sau phiênmã này, thực sự chỉ là một phầncủa tòan bộ cơ chế chưa giải đáphết. Theo đó, sự hình thànhmRNA có thể ngừng lại thôngqua phức hệ siRNA thứ hai cótên là RITS (RNA-inducedtranscriptional silencing – phứchệ gây im lặng gene ở mức độphiên mã).Schramke et al.trên tờ Nature 435,1275−1279 (30 June 2005) và Katoet al. viết trên tờ Science (publishedo nline 9 June 2005) cho thấy rằngmột gene nếu muốn bị im lặng thìtrước tiên nó phải được phiên mã.Điều đáng ngạc nhiên trong kết quảtìm kiếm của các tác giả chính làchỗ quá trình phiên mã này phảiđược tiến hành nhờ RNApII (RNApolymerase II), cần nhắc lại rằngRNApII chính là enzyme chịu tráchnhiệm chính cho quá trình tạomRNA ở sinh vật nhân thật.Bình thường DNA quấn chặt quanhprotein histone để tạo thànhnucleosome. Khi RITS muốn trấnáp quá trình phiên mã một gene nàođó, thì nó phải triệu tập mộtenzyme có tên là histonemethyltransferase, tức là enzymechuyển hóa gốc methyl trong phântử histone, điều này khiến cho khốiDNA vốn đang quấn quanh histonekhông có khả năng duỗi thẳngkhiến bộ máy di truyền không thểtiếp cận để thực hiện chuyện phiênmã. Cấu trúc nucleosome bị bấtđộng này vốn được biết dưới têngọi là dị nhiễm sắc(heterochromatin). Sau đó RITS sẽgọi tiếp siRNA cùng tham gia vàoquá trình liên kết của nó và nhiễmsắc tử (chromatin).Ở đây có điểm có điểm tương đồnglý thú giữa RITS và RISC là cả haicần phải có sự trợ giúp của siRNA.Nếu ở trường hợp gây im lặng geneở giai đọan sau phiên mã thì đíchngắm của siRNA hiển nhiên làRNA, cho nên câu hỏi đặt ra là ởtrường hợp gây im lặng ở giaiphiên mã thì siRNA sẽ gắn lên đâu:DNA hay là RNA ? Câu trả lờitrong trường hợp phiên mã chothấy cái đích ngắm vẫn là RNA.Schramke et al đã cho thấy rằnggene bị quy họach im lặng trướctiên phải được phiên mã thông quaRNApII vì thí nghiệm đối chứngcho thấy khi dùng polymerase củabacteriophage kích họat thì quátrình phiên mã vẫn diễn ra nhưngquá trình gây im lặng sau đó lạikhông thấy. Vì thế, mặc dù RITScó thể gắn lên sản phẩm phiên mãRNA sơ sinh qua việc bắt cặp bổsung, nhưng điều bắt buộc là phảicó thêm một cơ chế nữa để việc gâyim lặng gene hòan tất. Hai nhómtác giả nói trên đã tìm thấy rằng khitạo đột biến khác nhau trên phân tửRNApII sẽ khiến quá trình tạo dịnhiễm sắc bị gián đọan. Cụ thể lànếu cắt bỏ bớt vùng đầu C (gọi tắtlà CTD) của tiểu đơn vị lớnRNApII hoặc gây đột biến điểmtrên tiểu đơn vị Rpb2 của RNApIIthì cả hai trường hợp đều làm choquá trình gây im lặng gene khônghòan tất. Tuy nhiên khi cắt bỏ CTDthì siRNA vẫn được tạo ra bìnhthường, nhưng nếu gây đột biếnRpb2 thì siRNA gần như khôngthấy xuất hiện. Điều này cho thấyRNApII đóng khá nhiều vai tròtrong con đường siRNA.Đến đây nhu cầu cầu có là phải tìmcho ra một mô hình khả dĩ có thểgiải thích sự liên đới giữa phiên mãvà gây im lặng gene. Mô hình đơngiản nhất có thể đó là RITS đã đínhlên một phần của phức hợp kéo gàiRNApII, chính phức hợp này tạo ramRNA đích. Thông qua sự tươngtác này, cũng như sự nhận diệntrình tự phiên mã đặc hiệu, histonemethyltransferase sẽ định vị chínhxác trình tự gene đích và tiếp đếnenzyme này sẽ hiệu chỉnh histonekhi gene này đang phiên mã. Quảthực, các thí nghiệm về tương tácphân tử cho thấy rằng RITS đã liênkết với các sản phẩm phiên mã sơsinh cũng như với RNApII. Hơnnữa RITS và các yếu tố phụ trợ chonó còn có thể tương tác chéo thôngqua các liên kết hóa học đối với cácgene mà theo dự tính sẽ bị im lặng.Và như thế điều này cần phải cósiRNA và sản phẩm phiên mã sơsinh.Đây là mô hình giả định thu đượctừ hai kết quả nghiên cứu của nhómSchramke và nhóm Kato. Khi RNApolymerase II tham gia tổng hợpRNA, phức hợp RITS nhận diệnnhững đích ngắm sẽ bị im lặngbằng cách tìm kiếm một dấu hiệuthứ cấp, dấu hiệu này chính là việcbắt cặp bổ sung giữa siRNA vàmRNA, và ngòai ra còn có khảnăng là thông qua sự tương tác vớiphức hợp kéo dài. Sự hình thànhvùng dị nhiễm sắc bị trấn áp đượckhởi sự bởi histonemethyltransferase Clr4 kết quả làhistone mang nhiều nhóm Methyl(Me) trong khi nhóm Acetyl (Ac) lạirất thấp. Vào cùng thời điểm, RITSvà RDRC (phức hợp polymeraseRNA phụ thuộc RNA - RNA-dependent RNA polymerasecomplex ) có thể tạo RNA sợi đôiđể sau đó được chế biến thànhsiRNAs mới.Ngòai mô hình đơn giản trên cònnhiều mô hình khác có thể dùng đểgiải thích tại sao chỉ có duy nhấtRNApII mới có thể điều hòa quátrình gây sự im lặng gene thôngqua RNA. Theo đó, rất có khả nănglà RITS tương tác với sản phẩmphiên mã không chỉ qua sự bắt cặpbổ sung mà còn có thể nhờ sự nhậndiện một tiến trình gọi là sự trìnhhiệu chỉnh mRNA nhờ tính đặchiệu RNApII (ví dụ như cấu trúcmụ chụp hoặc đuôi poly A). Theohướng này, một vài tác giả khi cốgắng dò tìm những yếu tố tham giathúc đẩy RNAi trên Caenorhabditiselegans đã nhận diện được vài yếutố mà quả thật chúng cần thiết choquá trình xử lý mRNA sao chođúng c ...