Biểu hiện gen

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm

Biểu hiện gen, (thuật ngữ tiếng Anh: gene expression hay expression), ám chỉ mọi quá trình liên quan đến việc chuyển đổi thông tin di truyền chứa trong gen (gen là một đoạn/chuỗi ADN) để chuyển thành các axít amin (hay protein) (mỗi loại protein sẽ thể hiện một cấu trúc và chức năng riêng của tế bào). Tuy nhiên, cũng tồn tại các gen không mã hóa cho protein (ví dụ: gen rARN, gen tARN).

Biểu hiện gen là quá trình đa giai đoạn.

Các giai đoạn chính[sửa | sửa mã nguồn]

Sao mã (Phiên mã)[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Sao mã

Sao mã là quá trình dùng mạch mang nghĩa của gen làm mẫu để tổng hợp thành một ARN (dạng mạch đơn). Enzym tham gia làm xúc tác cho quá trình phản ứng có tên là ARN polymeraza (RNA polymerase).

Với sinh vật nhân thực, có 3 loại ARN polymeraza, mỗi loại sẽ sao mã ra một nhóm ARN khác nhau. ARN polymeraza I thì dùng để tổng hợp ra rARN, ARN polymeraza II (Pol II) thì dùng để tổng hợp ra mọi mARN (là các protein để mã hóa ARN), và ARN polymeraza III thì dùng để tổng hợp ra tARN và một số ARN ổn định nhỏ khác. ARN polymeraza II là quan trọng nhất.

Xử lí ARN[sửa | sửa mã nguồn]

Là giai đoạn chỉ diễn ra ở sinh vật nhân chuẩn, bao gồm các sự kiện: gắn mũ (capping), ghép mảnh (splicing) và thêm đuôi polyA.

Gắn mũ[sửa | sửa mã nguồn]

Các mARN của sinh vật nhân thật và virus có một cấu trúc đặc biệt ở đầu 5´, gọi là "mũ" – thực chất là phân tử 7-metyl-guanosin. Quá trình gắn mũ này xảy ra trong quá trình phiên mã và được bảo đảm đặc hiệu cho cấu trúc 5´ mARN. Cấu trúc mũ này có tác dụng bảo vệ ARN mới hình thành khỏi các enzym exonucleaza 5’-3’, là vị trí gắn trực tiếp cho phức hợp gắn với mũ (CBC - cap-binding complex) – chuẩn bị cho các bước chế biến tiền mARN kế tiếp và cũng là vị trí gắn cho các nhân tố trong tế bào chất cần thiết trong quá trình dịch mã.

Ghép mảnh[sửa | sửa mã nguồn]

Ở sinh vật nhân chuẩn, gen không chỉ chứa các đoạn mang mã mà còn xen kẽ bởi các đoạn không mang mã, lần lượt được gọi là exon và intron. Trong quá trình chế biến tiền mARN, các đoạn intron này được loại bỏ và các đoạn exon nối lại với nhau tạo thành mARN trưởng thành. Chính mARN trưởng thành này mới là khuôn chính xác cho quá trình dịch mã mARN thành protein tương ứng. Sự kiện trên được gọi là ghép mảnh (splicing), cũng được thực hiện đồng thời với quá trình phiên mã và tiếp tục sau phiên mã bởi một phức hợp lớn gồm các snRNP (small nuclear ribonucleoprotein) (gọi là spliceosome). Một trong những đặc điểm nổi bật của ghép mảnh chính là ghép mảnh lựa chọn: Các exon trên mARN gồm 2 loại là exon cấu thành và exon lựa chọn, trong đó, chỉ có exon cấu thành luôn được giữ lại trên mARN trưởng thành. Chính nhờ ghép mảnh lựa chọn, một gen có thể tạo ra sản phẩm là nhiều protein khác nhau và vì thế, làm tăng độ đa dạng cũng như độ phức tạp của bộ gen sinh vật nhân chuẩn.

Thêm đuôi polyA[sửa | sửa mã nguồn]

Quá trình này liên quan mật thiết với việc kết thúc phiên mã. Tuy nhiên, tác dụng của việc gắn đuôi polyA cho mARN để tạo thành mARN trưởng thành vẫn chưa được hiểu rõ.

Dịch mã[sửa | sửa mã nguồn]

Các kiểu biểu hiện gen[sửa | sửa mã nguồn]

Phần lớn thuật ngữ được dùng để miêu tả các mô hình của sự biểu hiện gen, bao gồm:

  • Gen cấu trúc là một gen được phiên mã liên tục khi so sánh với gen tùy ý chỉ được dịch mã khi cần thiết.
  • Gen giữ nhà (housekeeping gene) là một gen cấu trúc điển hình, được phiên mã ở một mức độ tương đối liên tục. Những sản phẩm từ sự phiên mã các gen này cần cho sự duy trì sự sống tế bào. Có thể nói là sự biểu hiện của chúng không bị ảnh hưởng bởi những điều kiện thí nghiệm. Ví dụ như actin, GAPDHubiquitin.
  • Gen tuỳ ý là gen chỉ được phiên mã khi cần so sánh với gen cấu thành.
  • Gen cảm ứnggen mà sự biểu hiện của nó nhằm đáp ứng với những thay đổi của môi trường hay phụ thuộc vào từng trạng thái trong chu kỳ tế bào.

Đo đạc định lượng[sửa | sửa mã nguồn]

Biểu hiện của một gen cụ thể có thể ước định một cách gián tiếp dùng công nghệ vi mảng ADN, nó cho ta biết số liệu thô về độ tập trung của tế bào tại các ARN thông tin khác nhau; thường là vài ngàn tế bào tại cùng một thời điểm. Tiếng Anh vẫn thường gọi là expression profiling, nhưng thực ra từ này dùng không đúng lắm.

Biểu hiện của nhiều gen được xác định thường là ổn định sau giai đoạn sao mã, nên việc tăng độ tập trung mARN không có nghĩa là sẽ làm tăng độ biểu hiện. Một phương pháp khác chính xác và nhạy hơn để đo độ biểu hiện gen là phản ứng chuỗi polymeraza thời gian thực. Với đường cong được tạo ra cẩn thận nó có thể cho ra phép đo tuyết đối như số lượng bản sao của mARN trên mỗi nanolitre của homogenized tissue, hay số lượng bản sao mARN trên tổng số poly-adenosin ARN. Mức độ biểu hiện gen có thể được đo đạc bằng cách kết hợp (fusing) protein mong muốn với một protein thông báo khác, chẳng hạn protein lân quang lục hay enzym beta-galactosidaza. Từ đó, mức độ biểu hiện của những protein thông báo có thể được định lượng trực tiếp dùng các kĩ thuật chuẩn hóa có sẵn.

Điều tiết biểu hiện gen[sửa | sửa mã nguồn]

Điều tiết biểu hiện gen là sự điều khiển tế bào về mặt số lượng và thời gian xuất hiện của các hàm chức năng của một gen. Bất kì giai đoạn nào trong biểu hiện gen cũng có thể được điều hòa, từ giai đoạn sao mã ADN-ARN đến giai đoạn biến đổi hậu phiên dịch của một protein. Điều hòa gen điều khiển tế bào về mặt cấu trúc và chức năng, và là cơ sở cho sự phân dị tế bào, đồng hình di truyền và sự linh hoạt và thích nghi của bất cứ sinh vật nào.

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]