Print

Đặng Phương Thảo và Nghiên cứu điều hoà phiên mã ở ruồi giấm

Trong một lần lướt mạng tìm tài liệu nghiên cứu, mình tình cờ làm quen được cô bạn này (Đặng Thị Phương Thảo). Hồi đó là năm 2002. Gần đây được biết Thảo đã hoàn thành chương trình Tiến sỹ tại Học Viện Kỹ Thụât Kyoto, Nhật Bản, mình tranh thủ giới thiệu với các bạn một chút về nghiên cứu của Thảo về quá trình điều hòa phiên mã DREF ở ruồi dấm.

Một cách tổng quát, bốn hoạt động thiết yếu trong suốt quá trình phát triển của sinh vật đa bào là: sinh sôi, biệt hoá, tương tác giữa các tế bào và sự di chuyển của các tế bào. Những tế bào ở giai đoạn cuối của biệt hoá sẽ không bao giờ sinh sôi và ngưỡng biệt hóa xảy ra tại một thời điểm đặc biệt trong chu trình tế bào. Đặc điểm này gợi cho chúng ta nghĩ đến một cơ chế trong đó có sự phối hợp điều hòa tế bào sinh sôi và biệt hóa. Việc tìm ra chiếc công tắc chính có thể chuyển đổi từ giai đoạn sinh sôi sang giai đoạn biệt hóa và dựa vào đó hiểu rõ cơ chế điều hoà sự phối hợp nhịp nhàng các quá trình sinh sôi, biệt hóa trong tế bào là một điều cực kỳ thú vị. Xuất phát từ những ý tưởng trên, Đặng Thị Phương Thảo và các cộng sự tại Viện Công Nghệ Kyoto, Nhật Bản đã nghiên cứu, tìm ra một nhân tố có thể là chìa khoá cho cơ chế điều hòa này và đặt tên là DREF (DNA replication – related element – binding factor).

Drosophila DREF là protein tồn tại ở dạng nhị đồng phân tử do chuỗi polypeptide dài 709 amino acid tạo thành. Đầu N của DREF chứa domain có chức năng liên kết giữa hai đơn phân DREF để tạo thành nhị đồng phân tử và gắn đặc hiệu với trình tự DRE (5’-TATCGATA) trên DNA. Trình tự DRE (5’-TATCGATA) hiện diện trên promoter của nhiều gen mã hóa các protein tham gia trong quá trình nhân đôi DNA và sinh sôi của tế bào. Khi DREF gắn vào DRE, phức hợp DRE/DREF có thể kích hoạt, điều hòa quá trình phiên mã các gen chịu sự điểu khiển của promoter này. Sự biểu hiện định hướng DREF trong đĩa phân sinh mắt (eye imaginal discs) gây bất bình thường trong quá trình tổng hợp DNA, apoptosis và sai hỏng trong biệt hóa tế bào. Ngược lại với hiện tượng trên, sự biểu hiện vượt trội của chuỗi polypeptid âm bản đầu N trong tuyến nước bọt khổng lồ của ruồi giấm làm giảm quá trình nhân đôi nội bào.

DREF ở cả Drosophila và động vật hữu nhũ đều tương tác di truyền hay tương tác vật lý với các nhân tố liên quan đến cấu trúc sợi nhiễm sắc, điều này gợi ý rằng DREF kích hoạt sự biểu hiện của các gen liên quan trong sự sinh sôi của tế bào thông qua quá trình biến đổi cấu trúc sợi nhiễm sắc. Bằng cách phân tích cơ sở dữ liệu bộ gene của Drosophila, nhóm tác giả đã tìm thấy 150 gene mang trình tự DRE trên vùng promoter và rất nhiều gen trong số đó có liên quan đến các hoạt động cần thiết cho sự sinh sôi của tế bào. Điều này cho thấy một cơ chế kìm hãm biệt hóa đôi của quá trình sinh sôi tế bào thông qua hệ thống DRE/DREF. Với các dẫn chứng thực nghiệm nêu trên, DREF được xem có vai trò như một điểm chuyển tiếp giữa các quá trình sinh học trong sự sống của tế bào (Hình 1).

Hình 1
Một trong những ví dụ về gen đích chịu sự điều hòa của hệ thống DRE/DREF là skpA. Sự phân tích chức năng của DRE trên promoter của gen skpAskpA(DRE1, -119 đến -126; DRE2, -135 đến -142; DRE3, -1396 đến -1402). DREF bám trên vùng promoter chứa DRE1-2 và giữ vai trò quan trọng đối với hoạt tính promoter skpA. Đột biến tại trình tự DRE1 và DRE2 làm giảm 34,1% và 54% (lần lượt theo thứ tự) hoạt tính promoter skpAluciferase. Ruồi chuyển gen mang promoter có hai đột biến này cũng cho biểu hiện gen chỉ thị b-gal thấp trong nhân các tế bào của tuyến nước bọt khổng lồ khi so sánh với trường hợp bình thường. Mặt khác, biểu hiện vượt mức, có định hướng gen DREF trong đĩa phân sinh mắt cũng kích thích sự biểu hiện ở mức độ cao hơn bình thường của gen skpA. Kết quả nhuộm miễn dịch tuyến nước bọ khổng lồ của ruồi knock out DREF cũng chỉ ra rằng knock out DREF kéo theo hiện tượng giảm số lượng protein SKPa. Những kết quả thí nghiệm này cho thấy rằng DRE có vai trò quan trọng trong sự điều hòa phiên mã gen skpA và gen này là một trong các gen đích của hệ thống DRE/ DREF (Thao DTP., và công sự 2006) được tiến hành cả trên tế bào nuôi cấy và ruồi giấm chuyển gen. Promoter của gen chứa trình tự DRE và 2 trình tự gần giống trình tự DRE. Những trình tự này được đặt tên lần lượt là: DRE1, DRE2 và DRE3 theo vị trí tính từ điểm khởi đầu phiên mã trong thử nghiệm chuyển gen ở tế bào nuôi cấy với gen chỉ thị là

Tuy những cơ chế điều hòa sự phiên mã của DRE/DREF đối với nhiều gen đích đã được công bố, nhưng sự điều hòa biểu hiện protein DREF vẫn chưa có đáp án thỏa đáng.Nhằm tìm ra những nhân tố tương tác với gen DREF, nhóm tác giả đã tiến hành sàng lọc những gen làm thay đổi kiểu hình mắt sần sùi gây ra bởi sự biểu hiện vượt mức DREF nói trên (Hình 2). Tiếp theo đó, nhóm tác giả đã có một số chứng cớ cho thấy protein dMyc là rất cần thiết cho sự biểu hiện bình thường của gen DREF.

Hình 2

dMyc là một protein được biết đến rất nhiều trong vai trò điều hòa biểu hiện một số lượng lớn các gen giữa vai trò trong rất nhiều quá trình sinh học của tế bào. Trên promoter của DREF có chứa trình tự cho phép protein dMyc bám trên DNA, CACGTG, hay còn gọi là E-box. Đột biến trên E-box làm giảm hoạt tính của DREF promoter. Thí nghiệm xử lý RNA dMyc sợi đôi trên tế bào nuôi cấy cũng làm yếu hoạt tính của DREF promoter. Thêm vào đó, chúng tôi sử dụng kỹ thuật FRT-FLP để tạo các dòng tế bào mang đột biến dmyc trên cả hai sợi nhiễm sắc tương đồng và nhuộm với kháng thể kháng DREF. Kết quả cho thấy sự biểu hiện ở mức độ thấp của DREF trong các dòng tế bào này. Thí nghiệm sử dụng Fip-out để tạo các dòng tế bào biểu hiện vuợt mức dMyc cũng cho thấy chứng cớ với sự biểu hiện rất cao của DREF khi nhuộm các tế bào này với kháng thể kháng DREF. Như vậy, có thể kết luận là dMyc cần thiết cho sự biểu hiện bình thường của DREF (Thao DTP., 2008).

Tài liệu tham khảo:

1- Thao D.T., Seto H., and Yamaguchi M., Exp Cell Res, 2008, 314:184-192

2- Thao D.T., Ida H.,Yoshida H., and Yamaguchi M., Exp Cell Res, 2006, 312:3641-3650