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



Trong vòng 10 năm tr
ở 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 n
ào 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 n
ày 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". Phức hợp gây sự
im lặng gene thông qua RNA gọi
tắt là RICS (RNA-induced
silencing complex) chứa nhiều
đọan RNA ngắn nhỏ mang chức
năng gây nhiễu (siRNA - small

interfering RNAs) mà chính trình
tự các siRNA sẽ bắt cặp RNA
thông tin (mRNA) đặc hiệu của
một gene nào đó. Việc bắt cặp
giữa siRNA và mRNA giống như
việc đóng dấu ấn lên mRNA
khiến cho phân tử mRNA sau đó
sẽ bị "xử trảm" (phân hủy) và
điều này cũng đồng nghĩa là
mRNA không còn cơ hội dịch m
ã
thành protein nữa. Cơ ch
ế gây im
lặng gene ở giai đọan sau phiên
mã này, thực sự chỉ là một phần
của tòan bộ cơ chế chưa giải đáp
hết. Theo đó, sự hình thành
mRNA có thể ngừng lại thông
qua phức hệ siRNA thứ hai có
tên là RITS (RNA-induced
transcriptional silencing – phức
hệ gây im lặng gene ở mức độ
phiên mã).

Schramke et al.trên tờ Nature 435,
1275−1279 (30 June 2005) v
à Kato
et al. viết trên t
ờ Science (published
o nline 9 June 2005) cho thấy rằng

một gene nếu muốn bị im lặng thì
trước tiên nó phải được phiên mã.
Điều đáng ngạc nhiên trong k
ết quả
tìm kiếm của các tác giả chính là
chỗ quá trình phiên mã này phải
được tiến hành nhờ RNApII (RNA
polymerase II), cần nhắc lại rằng
RNApII chính là enzyme ch
ịu trách
nhiệm chính cho quá trình tạo
mRNA ở sinh vật nhân thật.

Bình thư
ờng DNA quấn chặt quanh
protein histone để tạo thành
nucleosome. Khi RITS muốn trấn
áp quá trình phiên mã một gene n
ào
đó, thì nó phải triệu tập một
enzyme có tên là histone
methyltransferase, tức là enzyme
chuyển hóa gốc methyl trong phân
tử histone, điều này khiến cho khối
DNA vốn đang quấn quanh histone
không có khả năng duỗi thẳng
khiến bộ máy di truyền không thể
tiếp cận để thực hiện chuyện phiên
mã. Cấu trúc nucleosome bị bất
động này vốn được biết dưới tên

gọi là dị nhiễm sắc
(heterochromatin). Sau đó RITS sẽ
gọi tiếp siRNA cùng tham gia vào
quá trình liên kết của nó và nhiễm
sắc tử (chromatin).

Ở đây có điểm có điểm tương đồng
lý thú giữa RITS và RISC là cả hai
cần phải có sự trợ giúp của siRNA.
Nếu ở trư
ờng hợp gây im lặng gene
ở giai đọan sau phiên mã thì đích
ngắm của siRNA hiển nhiên là
RNA, cho nên câu hỏi đặt ra là ở
trường hợp gây im lặng ở giai
phiên mã thì siRNA sẽ gắn l
ên đâu:
DNA hay là RNA ? Câu trả lời
trong trường hợp phiên mã cho
thấy cái đích ngắm vẫn là RNA.

Schramke et al đã cho thấy rằng
gene bị quy họach im lặng trước
tiên phải được phiên mã thông qua
RNApII vì thí nghiệm đối chứng
cho thấy khi dùng polymerase của
bacteriophage kích họat thì quá
trình phiên mã vẫn diễn ra nhưng
quá trình gây im lặng sau đó lại
không thấy. Vì thế, mặc dù RITS

có thể gắn lên sản phẩm phiên mã
RNA sơ sinh qua việc bắt cặp bổ
sung, nhưng điều bắt buộc là phải
có thêm một cơ ch
ế nữa để việc gây
im lặng gene hòan tất. Hai nhóm
tác giả nói trên đã tìm th
ấy rằng khi
tạo đột biến khác nhau trên phân tử
RNApII sẽ khiến quá trình tạo dị
nhiễm sắc bị gián đọan. Cụ thể là
nếu cắt bỏ bớt vùng đầu C (gọi tắt
là CTD) của tiểu đơn vị lớn
RNApII hoặc gây đột biến điểm
trên tiểu đơn vị Rpb2 của RNApII
thì cả hai trường hợp đều làm cho
quá trình gây im lặng gene không
hòan tất. Tuy nhiên khi c
ắt bỏ CTD
thì siRNA vẫn được tạo ra bình
thường, nhưng nếu gây đột biến
Rpb2 thì siRNA gần như không
thấy xuất hiện. Điều này cho thấy
RNApII đóng khá nhiều vai trò
trong con đường siRNA.
Đến đây nhu cầu cầu có là phải tìm
cho ra một mô hình khả dĩ có thể
giải thích sự liên đới giữa phi
ên mã
và gây im lặng gene. Mô hình đơn

giản nhất có thể đó là RITS đã
đính
lên một phần của phức hợp kéo gài
RNApII, chính phức hợp này t
ạo ra
mRNA đích. Thông qua sự tương
tác này, cũng như sự nhận diện
trình tự phiên mã đặc hiệu, histone
methyltransferase sẽ định vị chính
xác trình tự gene đích và tiếp đến
enzyme này sẽ hiệu chỉnh histone
khi gene này đang phiên mã. Quả
thực, các thí nghiệm về tương tác
phân tử cho thấy rằng RITS đã liên
kết với các sản phẩm phiên mã sơ
sinh cũng như với RNApII. Hơn
nữa RITS và các y
ếu tố phụ trợ cho
nó còn có thể tương tác chéo thông
qua các liên k
ết hóa học đối với các
gene mà theo dự tính sẽ bị im lặng.
Và như thế điều này cần phải có
siRNA và sản phẩm phiên mã sơ
sinh.




Đây là mô hình giả định thu được

từ hai kết quả nghiên c
ứu của nhóm
Schramke và nhóm Kato. Khi RNA
polymerase II tham gia t
ổng hợp
RNA, phức hợp RITS nhận diện
những đích ngắm sẽ bị im lặng
bằng cách tìm kiếm một dấu hiệu
thứ cấp, dấu hiệu này chính là việc
bắt cặp bổ sung giữa siRNA và
mRNA, và ngòai ra còn có khả
năng là thông qua sự tương tác với
ph
ức hợp kéo dài. Sự hình thành
vùng dị nhiễm sắc bị trấn áp được
khởi sự bởi histone
methyltransferase Clr4 kết quả là
histone mang nhiều nhóm Methyl
(Me) trong khi nhóm Acetyl (Ac) l
ại
rất thấp. Vào cùng thời điểm, RITS
và RDRC (phức hợp polymerase
RNA phụ thuộc RNA - RNA-
dependent RNA polymerase
complex ) có thể tạo RNA sợi đôi
để sau đó được chế biến thành
siRNAs mới.


Ngòai mô hình đơn giản trên còn

nhiều mô hình khác có thể dùng để
giải thích tại sao chỉ có duy nhất
RNApII mới có thể điều hòa quá
trình gây sự im lặng gene thông
qua RNA. Theo đó, r
ất có khả năng
là RITS tương tác với sản phẩm
phiên mã không chỉ qua sự bắt cặp
bổ sung mà còn có thể nhờ sự nhận
diện một tiến trình gọi là sự trình
hiệu chỉnh mRNA nhờ tính đặc
hiệu RNApII (ví dụ như cấu trúc
mụ chụp hoặc đuôi poly A). Theo
hướng này, một vài tác giả khi cố
gắng dò tìm những yếu tố tham gia
thúc đẩy RNAi trên
Caenorhabditis
elegans đã nhận diện được vài yếu
tố mà quả thật chúng cần thiết cho
quá trình xử lý mRNA sao cho
đúng cách. Tuy nhiên cơ chế làm
sao các yếu tố này có thể tác động
lên RNAi thì vẫn chưa được biết rõ.


Ngòai các enzyme tham gia chế
biến mRNA, thì phức hợp kéo dài
RNApII còn mang thêm vài
enzyme tham gia hiệu chỉnh nhiễm
sắc tử. Mặc dù cả hai dạng

polymerase của bacteriophare và
sinh vật nhân thật đều có thể thúc
đẩy quá trình phiên mã xảy ra
xuyên suốt sợi tinh tử mà không
cần làm phá vỡ phức hệ
nucleosome, nhưng việc không cần
đến phức hợp kéo dài RNApII sẽ
dẫn đến hậu quả là làm thay đ
ổi sợi
tinh tử rất lớn. Cụ thể là các tiểu
đơn vị histone có thể thay đổi khi
phức hợp phiên mã bỏ qua một
nucleosome. Hơn n
ữa, nhiều tác giả
khác đã nhận thấy còn một vài quá
trình hiệu chỉnh histone phụ thuộc
vào quá trình phiên mã khác, ví dụ
như quá trình methyl hóa đã kể ở
trên. Do đó rất có thể là một hoặc
vài sự biến đổi này là điều kiện ti
ên
quyết để enzyme histone
methyltransferase khi liên đới với
RITS mới đủ sức hiệu chỉnh cơ
chất của nó.
Mặc dù cơ chế chính xác chưa
được ghi nhận, nhưng về cơ bản có
thể thực nghiệm để kiểm tra những
lý thuyết giả định nói trên. Khi đó
quan hệ giữa quá trình trấn áp đư

ợc
điều hòa qua RITS lên RNApII sẽ
s
ớm sáng tỏ. Tuy vậy nhiều câu hỏi
vẫn cần được làm sáng tỏ.