RNA phiên mã - biến đổi sau phiên mã môn sinh học phân tử | Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

http://depts.washington.edu/fhl/tidebites/Vol82/images/2020-06-Tidebite82-Fig2-1000x518.jpg RNA
PHIÊN MÃ - BIẾN ĐỔI SAU PHIÊN MÃ BIO10012-HCMUS_2025 1 PHIÊN MÃ DNA (TRANSCRIPTION) RNAs BIO10012-HCMUS_2025 2
Phiên mã – Các yếu tố tham gia phiên mã
• Phiên mã là quá trình sinh tổng hợp RNA theo chiều 5’3’ nhờ hoạt động chính của RNA polymerase.
Đơn vị phiên mã (Transcription Unit), vùng DNA được phiên mã, = [trình tự khởi đầu/promoter +
vùng mã hóa cho RNA + trình tự kết thúc/terminator]. [+1] là vị trí Nu đầu tiên được phiên mã trên +1
mạch DNA. [-1], dNu trước [+1], là dNu không được phiên mã
• Các yếu tố cơ bản tham gia phiên mã
❑ DNA (promoter/terminator/ssDNA)
❑ RNA polymerase (+ các nhân tố phiên mã/Transcription Factors, TFs)
❑ rNTPs (riboNucleotide TriPhosphate, rUTP, rATP, rCTP, rGTP) BIO10012-HCMUS_2025 3 Phiên mã – Yếu tố DNA
• Promoter, trình tự DNA nằm trước +1, cho phép hệ
thống phiên mã/RNA polymerase nhận diện đơn vị
phiên mã →khởi phát quá trình phiên mã. Chiều
promoter cho phép hệ thống phiên mã xác định DNA
mạch khuôn trong phiên mã. Mạch DNA làm khuôn là
mạch đơn (ssDNA) cho phiên mã được gọi/ký hiệu:
ssDNA(-)/antisense strand/mạch đối mã. ssDNA còn lại
có trình tự giống với RNA (T thay cho U), được ký
hiệu/gọi là mạch (+)/sense strand/mạch mang mã.
• Trình tự kết thúc kết thúc phiên mã
(terminator/DNA), nằm ở cuối đơng vị phiên mã, tạo
tín hiệu cho hoạt động kết thúc phiên mã. BIO10012-HCMUS_2025 4 Promoter/E.coli
❑ Cấu trúc lõi cơ bản của Promoter (P) = vùng[-35]..’spacer’.. vùng[-10].
❑ Sự sắp xếp các vùng [-10] và [-35], 2 vùng lõi quan trọng, hình thành chiều promoter.
❑ Vùng [-10] chứa trình tự bảo tồn (consensus sequence), giàu AT, vị trí khởi phát tách mạch dsDNA thành ssDNA BIO10012-HCMUS_2025 5 RNA polymerase/E.coli
❑ RNA polymerase = 2α1β1β’1ω. Trong đó, α-CTD nhận
diện promoter; 1β1β’ tạo trung tâm xúc tác tổng hợp RNA; ω gắn kết.
❑ RNA polymerase sử dụng:
▪ ssDNA (-) để phiên mã RNA có chiều 5’3’ ▪ nguyên liệu là rNTPs
▪ ion ++ làm nhân tố đồng hoạt động (co-factor) cho
phản ứng tổng hợp mạch
▪ không cần 3’OH tự do khơi mào chuỗi phản ứng tổng hợp. BIO10012-HCMUS_2025 6
Nhân tố σ/RNA polymerase E.coli
❑ Promoter (P) thường được cấu trúc bởi các trình tự lõi khác nhau. Điều này tạo các P đặc trưng
cho các đơn vị phiên mã (gen/cụm gen).
❑ CTD của 2 tiểu phần α/RNA pol (2α1β1β’1ω) nhận diện gắn với 1 phần trình tự (UP) của P.
❑ Sigma (σ) với nhiều domain khác tương tác đặc hiệu với các trình tự lõi trong cấu trúc promoter.
Chính điều này cho phép Sigma nhận diện P một cách đặc hiệu hơn. BIO10012-HCMUS_2025 7
Nhân tố σ/RNA polymerase E.coli
❑ E.coli biểu hiện nhiều nhóm nhân tố Sigma (σ)
❑ σ tương tác với RNA pol (2α1β1β’1ω+σ) giúp RNA pol
nhận diện/gắn lên P một cách đặc hiệu →Giúp tế bào
khởi sự phiên mã gen/cụm gen một cách chuyên biệt. BIO10012-HCMUS_2025 8
❑ Khởi sự (Promoter, RNA pol, nhân tố hỗ trợ…)
Các giai đoạn phiên mã ❑ Tổng hợp RNA (RNA polymerase, rNTPs, ssDNA, ion++)
https://www.youtube.com/watch?v=vLz2A1cjPH8
❑ Kết thúc (terminator, nhân tố kết thúc) BIO10012-HCMUS_2025 9
Khởi sự phiên mã/E.coli
❑ RNA pol tương tác với Promoter qua α-CTD/Sigma σ
❑ RNA pol hoạt động giãn xoắn (unwind) DNA →khởi
phát tách mạch tại vùng DNA giàu AT/[-10] trong trung tâm xúc tác (ββ’)
❑ rNTPs được sử dụng cho phiên mã từ vị trí +1 trên
ssDNA(-) →Tổng hợp oligo-RNA ổn định, RNA pol rời
khỏi yếu tố σ →RNA pol ổn định mạch tiếp tục tổng
hợp kéo dài RNA ở đầu 3’. BIO10012-HCMUS_2025 10
Tổng hợp RNA trong phiên mã/E.coli
https://image3.slideserve.com/5742995/slide1-l.jpg
❑ RNA pol di chuyển “vặn xoắn” ngược
chiều xoắn DNA tạo lực tách lk H mạch
đôi DNA tạo DNA mạch đơn trong ββ’.
❑ Trong ββ’, rNTPs gắn ssDNA(-) theo
nguyên tắc A=U, GΞC →hình thành liên
kết phosphodiester giữa các rNu kéo dài
RNA ở đầu 3’. rNu đầu mạch 5’-RNA ở
trạng thái “PPP” (tri phosphate).
❑ Vùng DNA đang phiên mã tạo cấu trúc
“bóng phiên mã” (Transcription buble). BIO10012-HCMUS_2025 11
Kết thúc phiên mã/E.coli
❑ RNA pol gặp tín hiệu kết thúc: RNA không tiếp
tục được tổng hợp và rời khỏi DNA khuôn.
❑ 2 kiểu tín hiệu kết thúc phổ biến:
▪ Tín hiệu phụ thuộc protein Rho (ρ): protein
Rho (hexamer) gắn trình tự rut/RNA-3’
▪ Tín hiệu không phụ thuộc protein Rho (ρ):
RNA-3’ hình thành cấu trúc [kẹp tóc + polyU] BIO10012-HCMUS_2025 12
Hoạt động kết thúc của kiểu tín hiệu phụ thuộc protein Rho (ρ)
RNA pol phiên mã vùng Terminator/DNA- →tạo trình tự rut/RNA-3’.
Protein Rho tương tác với rut. Rho (+ATP) hoạt động tách RNA rời khỏi
mạch khuôn/ rời bóng phiên mã. 13 BIO10012-HCMUS_2025
Hoạt động kết thúc của kiểu tín hiệu
không phụ thuộc protein Rho (ρ)
❑ Terminator có 2 trình tự lặp lại ngược chiều và
vùng giàu A (iền kề). 2 trình tự lặp lại ngược chiều
này có khả năng bắt cặp bổ sung khi ở trạng thái mạch đơn.
❑ RNA pol phiên mã Terminator/ssDNA(-) sẽ tạo trên
mạch RNA vừa phiên mã cấu trúc thứ cấp (hairpin)
và liền kề sau đó là polyU/RNA3’ →mất tương tác
H giữa DNA-RNA tại vùng RNA:DNA →RNA rời khỏi
mạch DNA(-) →kết thúc phiên mã. BIO10012-HCMUS_2025 14
Đặc điểm Promoter/Nhân tố phiên mã cơ bản - Eukaryote
❑ Promoter có nhiều cấu trúc (motif) lõi
phân bố (trước/ sau +1) trên đơn vị phiên mã.
❑ “Motif” [TATA box] giàu AT là vị trí tách
mạch khởi phát phiên mã, phân bố trước vị trí +1.
❑ Các nhân tố phiên mã cơ bản (TFs) nhận
diện-gắn chuyên biệt trình tự lõi promoter
→hỗ trợ chức năng cho RNA pol phiên mã. BIO10012-HCMUS_2025 15 RNA polymerases- Eukaryote
Tế bào có 3 loại RNA pol I/II/III phiên mã 3 nhóm gen mã hóa cho rRNA/mRNA/tRNA
RNA pol I/II/III không tương tác trực tiếp với P mà cần hỗ trợ từ các nhân tố phiên mã cơ bản
(TFIs/TFIIs/TFIIIs,…) để khởi sự phiên mã BIO10012-HCMUS_2025 16
Khởi sự phiên mã của RNA pol II - Eukaryote
Một số các nhân tố phiên mã cơ bản (TFIIs,…) tương tác với
trình tự lõi của promoter →tương tác lôi kéo RNA pol II đến
promoter →khởi sự phiên mã →RNA pol II phiên mã BIO10012-HCMUS_2025 17
❑ Điểm giống/khác giữa Sigma và nhóm nhân tố phiên mã cơ bản trong hoạt động phiên mã là gì?
❑ Điểm giống và khác nhau giữa các giai đoạn phiên mã ở tế bào Prokaryote và Eukaryote? BIO10012-HCMUS_2025 18
Sản phẩm RNA của quá trình phiên mã từ gen/gDNA đã sẵn sàng được tế bào
sử dụng hay chưa? Vì sao? BIO10012-HCMUS_2025 19
BIẾN ĐỔI SAU PHIÊN MÃ
(POST-TRANSCRIPTIONAL MODIFICATION) BIO10012-HCMUS_2025 20