Dị nhiễm sắc chất là gì

Các gen bao gồm DNA. Chiều dài của gen quy định độ dài của protein được gen mã hóa. DNA là một chuỗi xoắn kép, trong đó các nucleotide (các bazơ) liên kết với nhau:

  • Adenine (A) liên kết với thymine (T)

  • Guanine (G) liên kết với cytosine (C)

DNA được phiên mã trong quá trình tổng hợp protein, trong đó một sợi ADN được dùng làm khuôn mẫu tổng hợp RNA thông tin (mRNA). RNA có các base như DNA, ngoại trừ uracil (U) thay thế thymine (T). mRNA di chuyển từ nhân đến tế bào chất và sau đó đến ribosome, nơi diễn ra quá trình tổng hợp protein . RNA vận chuyển (tRNA) mang các axit amin đến ribosome, và gắn axit amin vào chuỗi polypeptide đang phát triển theo một trình tự xác định bởi mRNA. Khi một chuỗi axit amin được lắp ráp, nó tự gấp nếp cuộn xoắn để tạo ra một cấu trúc protein ba chiều phức tạp dưới ảnh hưởng của các phân tử đi kèm lân cận.

DNA được mã hóa bằng mã bộ ba, chứa 3 trong số 4 nucleotides A, T, G, C. Các axit amin cụ thể được mã hóa bởi các mã bộ ba xác định. Vì có 4 nucleotide, nên số lượng mã bộ ba có thể có là 43 (64). Tuy nhiên chỉ có 20 axit amin, nên có một số mã bộ ba dư thừa . Bởi vậy, một số mã bộ ba cùng mã hóa một axit amin. Các bộ ba khác có thể mã hóa các yếu tố mở đầu hoặc kết thúc quá trình tổng hợp protein và sắp xếp, lắp ráp các axit amin.

Gen bao gồm exon và intron. Exons mã hóa cho các axit amin cấu thành protein . Còn introns chứa các thông tin chi phối việc kiểm soát và tốc độ sản xuất protein. Exons và intron cùng được sao chép vào mRNA, nhưng các đoạn được sao chép từ intron được loại bỏ sau đó. Nhiều yếu tố điều hòa việc phiên mã, bao gồm RNA antisense, được tổng hợp từ chuỗi DNA không được mã hoá thành mRNA. Ngoài DNA, các nhiễm sắc thể chứa histon và các protein khác cũng ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen (protein và số lượng protein được tổng hợp từ một gen nhất định).

Kiểu gen cho biết thành phần và trình tự di truyền cụ thể; nó quy định những protein nào được mã hóa để sản xuất. Ngược lại, bộ gen nói đến toàn bộ thành phần tất cả của các nhiễm sắc thể đơn bội, bao gồm các gen mà chúng chứa.

Kiểu hình hướng tới biểu hiện cơ thể , sinh hóa và sinh lý của một người - nghĩa là, làm thế nào các tế bào ( hay cơ thể) thực hiện chức năng. Kiểu hình được xác định bởi loại và số lượng protein tổng hợp, tức là, sự biểu hiện của các gen ra môi trường như thế nào.

Các yếu tố ảnh hưởng đến biểu hiện gen mà không thay đổi trình tự bộ gen được gọi là các yếu tố biểu sinh.

Sự hiểu biết về nhiều cơ chế sinh hóa điều chỉnh sự biểu hiện gen ngày càng rõ ràng. Một cơ chế là sự thay đổi việc nối exon (còn gọi là quá trình trưởng thành mRNA). Trong phân tử mRNA mới được tổng hợp, các intron được loại bỏ, từng đoạn exon được tách ra riêng biệt, và sau đó các exon lắp ráp theo nhiều trật tự khác nhau, dẫn đến nhiều loại mRNA khác nhau và có khả năng dịch mã ra nhiều protein từ cùng chung một mã gen ban đầu. Số lượng protein được tổng hợp trong cơ thể con người có thể lên đến trên 100.000 mặc dù hệ gen của con người chỉ có khoảng 20.000 gen.

Các cơ chế trung gian biểu hiện gen khác bao gồm các phản ứng methyl hóa DNA và phản ứng của histone như methyl hóa và acetyl hóa. DNA methyl hóa có xu hướng làm bất hoạt một gen. Chuỗi DNA cuộn xoắn quanh quả cầu histone. Sự methyl hóa histone có thể làm tăng hoặc giảm số lượng protein được tổng hợp từ một gen cụ thể. Sự acetyl hóa histone liên quan đến việc giảm biểu hiện gen ra bên ngoài. Sợi DNA không được phiên mã để hình thành mRNA cũng có thể được sử dụng như một khuôn mẫu để tổng hợp RNA, kiểm soát quá trình phiên mã của sợi đối diện.

Một cơ chế quan trọng khác liên quan đến microRNAs (miRNAs). MiRNA ngắn, hình dạng như chiếc kẹp tóc (các trình tự RNA khi liên kết với nhau) RNA này ức chế sự biểu hiện gen sau khi phiên mã. MiRNA có thể tham gia vào việc điều chỉnh đến 60% protein đã phiên mã.

Dị nhiễm sắc chất là gì

Dải C của karyotype nữ của con người cho thấy dị nhiễm sắc cấu thành

Dị nhiễm sắc cấu tạo miền là các vùng của DNA được tìm thấy trong các nhiễm sắc thể của sinh vật nhân thực. Phần lớn dị nhiễm sắc cấu tạo được tìm thấy ở vùng tâm động của nhiễm sắc thể, nhưng cũng được tìm thấy ở các telomere và khắp các nhiễm sắc thể. Ở người, dị nhiễm sắc thành phần nhiều hơn đáng kể được tìm thấy trên các nhiễm sắc thể số 1, 9, 16, 19 và Y. Dị nhiễm sắc cấu tạo chủ yếu bao gồm các lần lặp lại số lượng bản sao cao được gọi là lặp lại vệ tinh, lặp lại minisatellite và microsatellite, và lặp lại transposon. Ở người, các vùng này chiếm khoảng 200Mb hoặc 6,5% tổng bộ gen người, nhưng thành phần lặp lại của chúng khiến chúng khó trình tự, vì vậy chỉ có các vùng nhỏ được giải trình tự.

Có thể hình dung được dị nhiễm sắc cấu thành bằng cách sử dụng kỹ thuật dải C. Các vùng nhuộm màu sẫm hơn là các vùng của dị nhiễm sắc cấu tạo. Dị nhiễm sắc cấu thành nhuộm sẫm màu hơn vì bản chất cô đặc cao của DNA.

Không nên nhầm lẫn dị chất nhiễm sắc thành phần với dị nhiễm sắc tự nhiên, ít cô đặc hơn, kém ổn định hơn và ít đa hình hơn nhiều, và không bị ố vàng khi sử dụng kỹ thuật dải C.

Dị nhiễm sắc chất là gì

Các mô hình khả thi để biểu hiện các gen được tìm thấy trong dị nhiễm sắc tố cấu tạo.

Chức năng

Dị nhiễm sắc chất là gì

Heterochromatin so với euchromatin

Dị nhiễm sắc cấu tạo được tìm thấy phổ biến hơn ở vùng ngoại vi của nhân gắn với màng nhân. Điều này tập trung DNA euchromatic ở trung tâm của nhân, nơi nó có thể được phiên mã tích cực. Trong quá trình nguyên phân, người ta tin rằng dị nhiễm sắc cấu tạo cần thiết cho sự phân ly thích hợp của các nhiễm sắc thể chị em và chức năng tâm động. Các trình tự lặp lại được tìm thấy ở màng tim không được bảo tồn ở nhiều loài và phụ thuộc nhiều hơn vào các sửa đổi biểu sinh để điều chỉnh, trong khi các telomere thể hiện các trình tự được bảo tồn nhiều hơn.

Dị nhiễm sắc cấu tạo được cho là tương đối không có gen, nhưng các nhà nghiên cứu đã tìm thấy hơn 450 gen trong ADN dị nhiễm sắc của Drosophila melanogaster. Những vùng này cô đặc cao và biến đổi biểu sinh để ngăn cản quá trình phiên mã. Để các gen được phiên mã, chúng phải có cơ chế khắc phục sự im lặng xảy ra ở phần còn lại của thể dị nhiễm sắc. Có nhiều mô hình được đề xuất về cách biểu hiện của các gen ở những vùng này, bao gồm các mô hình cách ly, từ chối, tích hợp, khai thác và hạn chế TE.[cần phải làm rõ]

Khi các gen được đặt gần một vùng cấu tạo của dị nhiễm sắc tố, quá trình phiên mã của chúng thường bị im lặng. Điều này được gọi là sự thay đổi hiệu ứng vị trí và có thể dẫn đến kiểu hình khảm.

Nhân bản và biểu sinh

Dị nhiễm sắc chất là gì

Mô hình chung cho sự nhân đôi của dị nhiễm sắc trong quá trình phân chia tế bào

Dị nhiễm sắc cấu tạo được sao chép muộn ở pha S của chu kỳ tế bào và không tham gia vào tái tổ hợp meiotic.

Các biến đổi histone là một trong những cách chính mà tế bào cô đọng lại để tạo thành dị nhiễm sắc tố. Ba biến đổi phổ biến nhất trong dị nhiễm sắc cấu tạo là phản ứng oxy hóa histone, methyl hóa histone H3-Lys9 (H3K9) và methyl hóa cytosine. Những sửa đổi này cũng được tìm thấy trong các loại DNA khác, nhưng ít thường xuyên hơn. Methyl hóa cytosine là loại phổ biến nhất, mặc dù nó không được tìm thấy ở tất cả các sinh vật nhân chuẩn. Ở người, quá trình metyl hóa tăng lên ở các tâm động và các telomere, được cấu tạo từ các dị nhiễm sắc cấu tạo. Những thay đổi này có thể tồn tại qua cả nguyên phân và nguyên phân và có khả năng di truyền.

SUV39H1 là một histone methyltransferase methyl hóa H3K9, cung cấp vị trí liên kết cho protein dị nhiễm sắc 1 (HP1). HP1 tham gia vào quá trình ngưng tụ chất nhiễm sắc làm cho DNA không thể phiên mã được.

Bệnh tật

Các rối loạn di truyền do đột biến liên quan đến dị nhiễm sắc cấu thành có xu hướng ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào và được di truyền theo kiểu lặn trên NST thường. Các rối loạn bao gồm hội chứng Roberts và hội chứng ICF.

Một số bệnh ung thư có liên quan đến các dị thường trong chất dị nhiễm sắc cấu tạo và các protein liên quan đến sự hình thành và duy trì của nó.Ung thư vú có liên quan đến sự giảm protein HP1 alpha, trong khi ung thư hạch không Hodgkin có liên quan đến sự giảm methyl hóa bộ gen và đặc biệt là các vùng vệ tinh.[cần trích dẫn]

Người giới thiệu