Các yếu tố di truyền vận động ở eukaryote

Các yếu tố di truyền vận động ở eukaryote chia làm 2 nhóm: nhóm  là các retrotransposon và nhóm 2 là các DNA transposon.

1. Các retrotransposon

Gery Fink và cs. là những người đầu tiên sử dụng nấm men để nghiên cứu điều hoà hoạt tính gene ở eukaryote. Các tác giả này đã phân lập được hàng ngàn đột biến gene HIS4 mã hóa enzyme tham gia tổng hợp histidine. Trong số hơn 1.500 đột biến ngẫu nhiên HIS4 được tìm thấy có 2 đột biến có kiểu hình không bền vững. Các đột biến không bền vững này có tần số phục  hồi  lại  dạng  kiểu  dại  cao  1.000 lần  hơn  các  đột  biến  HIS4  khác.

Những đột biến này cho đoạn DNA lớn xen vào gene HIS4, sự xen vào này được thực hiện do một trong các yếu tố là Ty của nấm men. Có 35 bản sao của yếu tố xen đoạn gọi là Ty1 ở genome của nấm men.

Việc  tạo  dòng  những  yếu  tố  này  từ  các  allele  đột  biến  cho  thấy  xen đoạn này không giống với yếu tố IS hoặc transposon của vi khuẩn. Thay vào đó chúng có đặc tính của retrovirus (virus của động vật). Có sự giống nhau trong cấu trúc và thành phần gene của retrovirus và yếu tố Ty1 được phân lập từ đột biến HIS4. Giống với retrovirus, transposon của nấm men có lặp đoạn  cuối  dài  (long  terminal  repeat  sequence)  LTRs,  chứa  hàng  trăm  cặp base, được gọi là trình tự d nằm ở 2 phía đoạn mã hóa, cả hai đều chứa gene gag và gene pol. Retrovirus có ít nhất 3 gene mã hóa cho 3 protein trong quá trình sao chép: gene gagmã hóa cho một protein có vai trò làm biến tính RNA genome. Gene polmã hóa enzyme reverse transcriptase. Gene envmã hóa cho protein vỏ. Yếu tố Ty chỉ chứa gene gagvà gene pol, không chứa gene env.


Sự chuyển vị nhờ retrotransposition

Mô hình về sự chuyển vị nhờ retrotransposon. Một bản phiên mã RNA từ retrotransposon  dưới  tác  dụng  của  enzyme  phiên  mã  ngược  tạo  thành DNA  nhờ  enzyme  reverse  transcriptase  được  mã  hóa  bởi  retrotransposon. Bản sao DNA được chèn vào vị trí mớI trên bộ gene.

Vào năm 1985, J.Bocke và G. Fink đã chứng minh, yếu tố Ty1, giống với retrovirus, thực hiện việc di chuyển qua trung gian RNA. Chúng bắt đầu bằng biến đổi yếu tố Ty1 của nấm men được tạo dòng trên plasmid. Trước tiên ở một đầu mút của yếu tố, có sự xen vào một promotor được hoạt hóa nhờ thêm galactose vào môi trường. Thứ hai, một intron từ một gene khác của nấm men được đưa vào vùng mã hóa của transposon Ty. Sự thêm vào galactose làm tăng tần số chuyển vị của yếu tố Ty bi biến đổi. Điều này làm tăng số lượng RNA, vì galactose kích thích phiên mã RNA Ty bắt đầu từ promotor nhạy cảm galactose.

Nhiều  đột  biến  ngẫu  nhiên  được  phân  lập  ở  ruồi  dấm  cho  thấy  cũng chứa retrotransposon. Yếu tố copia của ruồi dấm cấu trúc tương tự với yếu tố Ty của nấm men. Chúng xuất hiện từ 10-100 vị trí trên bộ gene của ruồi dấm. Những đột biến nhất định của ruồi dấm là kết quả của sự xen vào của yếu tố copia và những yếu tố khác. Chẳng hạn, đột biến white-apricot (wa) về màu mắt của ruồi dấm tạo ra do sự xen vào yếu tố của họ copia ở locus white.

Sự xen retrotransposon LTR  vào các gene ở thực vật như ở ngô, cũng góp phần tạo ra các đột biến ngẫu nhiên.

2. DNA transposon

Nhiều yếu tố di động được tìm thấy ở eukaryote chuyển vị bằng cơ chế giống với vi khuẩn. Bản thân yếu tố IS và transposon hoặc là bản sao của chúng  có  thể  xen  vào  vị  trí  mới  trên  genome.  Các  yếu  tố  di  chuyển  theo cách này được gọi là yếu tố nhóm 2 hoặc DNA transposon. Yếu tố di động được McClintok phát hiện đầu tiên ở ngô là các DNA transposon. Tuy nhiên tính đặc trưng phân tử của DNA transposon đầu tiên lại là yếu tố p ở ruồi dấm.

Yếu tố p được phát hiện khi nghiên cứu thể lai mất khả năng sinh sản (dysgenesis),  hiện  tượng  xảy  ra  khi  lai  ruồi  cái  thuộc  chủng  phòng  thí nghiệm  với  ruồi  đực  ở  quần  thể  tự  nhiên.  Trong  phép  lai  như  thế,  chủng phòng thí nghiệm được xem là có kiểu tế bào M (M cytotype) và giống gốc tự nhiên được xem là có kiểu tế bào P (P cytotype). Phép lai của M (cái) x P (đực) cho thế hệ sau kiểu hình ở dòng mầm với gồm dạng bất thụ với tỷ lệ đột biến, tần số sai hình nhiễm sắc thể và không chia ly nhiễm sắc thể cao. Phép lai nghịch không xảy ra hiện tượng thoái hóa giống (dysgenics). Đột biến dysgenics không bền, chúng có thể phục hồi dạng kiểu dại hoặc biến đổi thành allele đột biến khác với tần số cao.

Sự giống nhau về đột biến không bền vững ở ruồi dấm và ở ngô đưa đến giả thuyết đột biến dysgenic được gây ra do sự xen yếu tố di động vào những gene đặc biệt, làm chúng bị bất hoạt. Chẳng hạn hầu hết các đột biến trên ở ruồi dấm do xen yếu tố di động vào gene white. Những yếu tố như vậy gọi là yếu tố p, có từ 30-50 bản sao trên genome ở chủng P và hoàn toàn vắng mặt ở chủng M. Yếu tố P có chiều dài từ 0,5-2,9 kb. Kích thước khác nhau này do do nhiều yếu tố P không đầy đủ mà bị mất đoạn ở giữa. Yếu tố P với kích thước đầy đủ tương đương với transposon đơn giản ở vi khuẩn, có  đầu  mút  là  đoạn  lặp  đảo  ngược  ngắn  (31  bp)  và  nó  mã  hóa  cho transposase. Gene mã hóa cho transposase ở eukaryote chứa 3 intron và 4 exon.

Ở ngô, yếu tố Ac và Ds có thể di chuyển trên nhiễm sắc thể , tác động lên  các  gene  kiểm  tra  màu  sắc  của  các  hạt  aleuron.  Các  yếu  tố  này  được phân lập cho thấy có liên quan với DNA transposon của vi khuẩn và của các eukaryote khác. Giống với yếu tố P của ruồi dấm, yếu tố Ac có đoạn cuối lặp lại đảo ngược mã hóa cho transposase, yếu tố Ds lại không mã hóa cho transposase. Khi Ac trên genome, transposase của nó có thể bám vào đầu mút của cả yếu tố Ac và Ds và khởi động sự chuyển vị của chúng..

Yếu tố Ac và Ds là thành viện của họ transposon đơn giản. Ngoài ra, còn có các họ yếu tố di động khác ở ngô. Mỗi họ chứa yếu tố tự động mã hóa cho transposase có thể chuyển được yếu tố trong cùng một họ, nhưng không thể chuyển  đến các họ khác vì transposase chỉ có thể bám vào đầu mút của các thành viên trong họ.

Ở người, yếu tố di động chiếm một nữa genome người. Đa số yếu tố di động  thuộc  2  dạng  retrotransposon  là  yếu  tố  nhân  rãi  rác  kích  thước  dài (long interspersed nuclear element) LINEs và yếu tố nhân rãi rác kích thước ngắn  (short  interspersed  nuclear  element)  SINEs.  LINE  di  chuyển  nhờ retrotransposition đã sử dụng yếu tố mã hóa reverse transcriptase, nhưng lại thiếu  một  vài  tính  chất  về  cấu  trúc  của  yếu  tố  giống  retrovirus  bao  gồm LTR.

SINE được mô tả như là LINE không tự động, vì chúng có tính chất cấu trúc đặc trưng của LINE nhưng không mã hóa cho reverse transcriptase riêng.  Người  ta  cho  rằng  chúng  di  chuyển  được  nhờ  enzyme  reverse transcriptase được mã hóa bởi LINE trong genome.

SINE ở người được gọi là trình tự Alu vì nó chứa trình tự điểm cắt của enzyme cắt hạn chế Alu. Genome của người chứa hơn 1 triệu trình tự Alu chỉ một phần hoặc toàn bộ, chiếm hơn 10% genome của người. Trình tự Alu đầy đủ có kích thước 200 nucleotide. DNA genome mang yếu tố di động lớn hơn 20 lần DNA mã hóa cho tất cả protein người.

Tần số đột biến ngẫu nhiên do xen vào yếu tố nhóm 2 là thấp chưa đến 0,2% trong tổng các đột biến ngẫu nhiên. Trong khi đó ở những tế bào động vật khác như chuột do xen retrotransposon lên đến 10% đột biến ngẫu nhiên, cao  hơn   50   lần  ở   người  có   lẽ  liên   quan  với   hoạt   tính  của   yếu   tố retrotransposon cao hơn ở chuột.

Nguồn: thuviensinhhoc.com