Đề tài Một số hiểu biết về centromere và telomere

ác CEN DNA của nấm men có số lượng AT cao hơn các vùng khác của nhiễm sắc thể. Trường hợp ngoại lệ là các trình tự bên trái của CEN2 và những trình tự xung quanh CEN14. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng trong trường hợp của CEN6 centromere, chức năng không phụ thuộc vào các vùng có số lượng AT đặc biệt khi chúng không nằm xung quanh DNA. Sự hạ thấp số lượng AT trái và phải của CEN6 từ 75-80% xuống còn 38-44% không làm giảm hoạt động của centromere trong quá trình nguyên phân và giảm phân. Như vậy sự thay đổi tự nhiên trong số lượng AT của các chuỗi xung quanh CEN DNA cho thấy sự độc lập của vùng trình tự 120 bp tạo nên các nhân tố CDEI, CDEII và CDEIII trong cấu trúc và chức năng của Centromere. Do đó không rõ lý do tại sao CEN DNA của nấm men lại nằm trong vùng trình tự đặc biệt giàu A:T. CDE – Centromere DNA Element – là những nhân tố có vùng trình tự DNA xác định của centromere mang vùng trình tự bảo tồn và trình tự tương đồng. Có 3 nhân tố chính là CDEI, CDEII và CDEIII. Vùng trung tâm của 3 trình tự liền kề nhau của centromere là vùng trình tự CDEII giàu AT và có chiều dài khoảng 75-100bp. (87-98% A:T và T:A bp). Vùng trình tự DNA giàu AT thường có xu hướng thay đổi vị trí xắp xếp của các trình tự A:T và T:A bp, nhưng các nhân tố này không mang trình tự nhận biết trình tự bảo tồn.Chỉ có một số vị trí nhất định của CDEII được bảo tồn. CDEII là nhân tố mang vùng trình tự tương đồng quy định chức năng của centromere. Việc thay thế một phần trình tự CDEII một cách ngẫu nhiên trong vùng trình tự giàu AT làm giảm đáng kể chức năng của centromere trong nguyên phân và giảm phân. CDEI và CDEIII nằm liền kề ở hai đầu của CDEII, là vùng có mức độ bảo tồn cao và mang các trình tự hai chiều. CDEI là vùng có trình tự ngắn nhất (ở nấm men có chiều dài khoảng 8 bp), có độ bảo tồn cao và xuất hiện ở hầu hết các CEN DNA (ở nấm men có vị trí 5 của CEN2 và 1 của CEN9 là không phù hợp với các trình tự tương đồng). Đây là vùng trình tự cần thiết cho việc duy trì sự gắn kết của các chromatid trong suốt quá trình giảm phân 1 Nhân tố CDEIII dài 26 bp đã cho thấy 1 phần tương đồng giữa các CEN DNA, trừ vùng trung tâm có độ bảo tồn cao (ở nấm men vị trí 11-17 và 2 cặp G:C ở vị trí 2 và 8). Phần còn lại của vùng trình tự này là 1 đầu giàu T:A ở đầu 5’ và 1 đầu giàu A:T ở đầu 3’. Sự thay đổi các cặp đơn ở vùng trình tự 2 chiều của CDEIII làm tăng số lượng nhiễm sắc thể bị mất Hình 3: Trình tự DNA của CEN8 ở nấm men . (B) Các CDE của CEN8. Hình kim cương tượng trưng cho trục của 2 trình tự đối xứng và mũi tên chỉ chiều của những chuỗi thuận nghịch. (C) Vị trí tương đồng của các centromere DNAs. Chuỗi trình tự của 16 CEN DNA được gióng cột và xác định vùng tương đồng. Những số ở dưới chỉ vị trí của các Nu trong chuỗi DNA. Những chữ hoa chỉ số lần xuất hiện của các Nu xuất hiện 14-16 lần, những chữ thường 1-13 lần. R chỉ 1 purine. Các số được gạch chân chỉ các phần còn lại được dùng để xác định vùng tương đồng. Cấu trúc về các protein Công trình nghiên cứu của William C. Earnshaw và Naomi Rothfield 1985 về kháng thể từ huyết thanh bệnh nhân scleroderma ( bệnh xơ cứng da) và bệnh tự miễn dịch cho thấy có sự ảnh hưởng đến hoạt động của centromere. Họ gọi các protein đó là protein centromere (CENP) kháng thể (antibodies centromere proteins) A, B, and C. Sự miễn dịch ở bệnh nhân scleroderma là một dấu hiệu quan trọng để biết được chức năng của protein trong centromere. Cấu trúc centromere hoàn chỉnh là một phức hợp rất phức tạp với sự tham gia của nhiều loại protein đóng vai trò khác nhau bao gồm: DNA lõi chromosome liên kết inner Kinetochore và phức hợp protein kinetochore . DNA chromosome liên kết inner kinetochore: chứa trình tự bảo tồn giàu trình tự bảo tồn giàu A-T có kích thước khoảng 220bp, 15-20 nm. Được chia thành 3 cùng theo bảng sau: Bảng 1: trình tự và chức năng vùng DNA của centromere Vùng I II III Trình tự 5’A(G)TCACA(G)TG3’ >90% A-T 25Bp Được bảo tồn cao Chức năng Phân li NST về các cực tế bào trong nguyên phân và giảm phân I Đóng vai trò quan trọng trong chức năng centromere Đóng vai trò quan trọng trong xác định cấu trúc DNA Hình 4: Trình tự bảo tồn của CDE Inner kinetochore là phức hợp protein trong đó có 2 loại được chú ý nhiều: CENP-A (centromere proteins ): dạng biến thể protein H3 thay thế cho H3 của nucleosomes, CENP-A là cơ sở cho centromere hoạt động. Với tế bào thiếu CENP-A sự phân chia xảy ra không còn chính xác. CENP-B là loại protein liên kết với trình tự lặp lại trên DNA của tâm động. Ở người, vùng lặp lại này được biết đến là alpha satellite DNA. Một đơn vị trên alpha satellite DNA có chiều dài là 117bp, chứa trình tự 17bp gắn với CENP-B tao thành CENP-B box. CENP-B gắn vào DNA satetillite trên 2 nucleosome. Trên chromosome có thể chứa từ hàng trăm tới hàng ngàn hộp CENP-B tiềm ẩn à centromere có sự bất động chiều dài và vị trí trên NST. Ngoài ra còn có sự tham gia của nhiều loại CENP khác. Ngày nay người ta đã biết được 20 loại CENP khác và có thể tăng hơn nữa trong thời gian tới khi chúng ta hiểu rõ về sự hình thành kinetochore. Hình 5: Các protein của inner kinetochore Cấu trúc centromere có thể được chia làm 3 hệ thống như sau: DNA chromosome liên kết với inner kinetochore Tương tác của protein Kinetochore và bề mặt trục vô sắc. Vi ống gắn trùng hợp và trực tiếp lên motor và một protein khác là một phần của trục kiểm soát (spindle checkpoint), cho phép chỉ những tế bào có sự gắn đúng trục sẽ tiến đến anaphase. Hoạt động kinetochore protein đặt dưới sự kiểm soát của hệ thống tế bào bởi những phức hợp có chức năng điều hòa: APC, phức hợp thúc đẩy kỳ sau (anaphase-promoting); CEN, DNA tâm động; SCF, phức hợp ubiquitin-ligase. Hình 6: Các protein của kinetochore Hình 7: Outer kinetochore Nguyên nhân dịch chuyển nhờ vi ống có protein dynein và kinesin VAI TRÒ TRONG NGUYÊN PHÂN VÀ GIẢM PHÂN Nguyên phân Nguyên phân là một cơ chế di truyền của tế bào, nhằm tạo ra hai tế bào giống nhau hoàn toàn về số lượng và thành phần thông tin di truyền. Để làm được như vậy, NST trong tế bào phải được nhân đôi, sau đó phân ly và hình thành hai tế bào con. Tâm động, nhất là thành phần kinetochore, có vai trò quan trọng trong sự phân ly NST trong quá trình này. Nguyên phân gồm có 4 giai đoạn chính: Kỳ đầu: màng nhân bắt đầu tiêu biến, 2 trung thể bắt đầu tách ra. Kỳ giữa: màng nhân tiêu biến, các sợi vô sắc xâm nhập vào vùng nhân. Sau đó các NST kép xếp thành một hàng ở mặt phẳng xích đạo. Kỳ sau: các sợi vô sắc co rút, kéo các NST về 2 cực tế bào. Kỳ cuối: hình thành màng nhân, màng tế bào phân cách để tạo thành 2 tế bào con. Hình 8: Các giai đoạn của nguyên phân. Ở đầu kỳ giữa, mỗi NST hình thành hai kinetochore ở tâm động, mỗi kinetochore gắn với một chromatid. Một kinetochore là một phức hợp protein giống như một cái vòng để sợi vô sắc móc vào, đó là nơi mà các sợi vô sắc gắn vào NST (khoảng 1 – 40 sợi, trung bình là 20 sợi). Dù cấu trúc và chức năng của kinetochore vẫn chưa được hiểu hết nhưng nó được biết là có chứa các dạng “động cơ ở cấp phân tử”. Khi một sợi vô sắc kết nối với kinetochore, động cơ được kích hoạt, dùng ATP để kéo NST về 2 trung thể. Hoạt động của động cơ cùng với sự polymere hóa và depolymer hóa các vi sợi đã cung cấp lực kéo cần thiết cho sự phân chia các nhiễm sắc tử của NST sau này. Khi mà thoi vô sắc đạt đến kích thước thích hợp, sợi vô sắc bắt đầu tìm kinetochore để gắn vào. Một số sợi không gắn vào kinetochore tìm và tương tác với các sợi không gắn vào kinetochore khác ở cực bên kia của tế bào. Tương tự như việc “câu cá”. Kinetochore là “lưỡi câu” bắt “cá” là các chromatid. Trung thể giống như cái cần quay kéo các sợi vô sắc hay “dây câu”. Khi mỗi kinetochore được gắn vào một chùm sợi vô sắc và NST đã xếp hàng ở mặt phẳng xích đạo, tế bào tiến hành Anaphase (Kỳ sau). Lúc này có hai hiện tượng xảy ra: đầu tiên, các protein nối hai chromatid bị cắt đi. Những chromatid này giờ đây giờ đây tách ra và được kéo về hai cực tế bào bằng việc co rút các sợi vô sắc. Sau đó, các sợi không gắn vào kinetochore dài ra, kéo các trung thể càng xa ra hai cực tế bào. Chưa rõ lực nào gây ra sự chuyển động của trung thể về hai cực mặc dù có lý thuyết cho rằng nguyên nhân nằm ở sự lắp ráp và tan rã nhanh chóng của các vi sợi. Nếu như không có tâm động, các sợi vô sắc sẽ không gắn vào NST, khiến chúng dù đã nhân đôi nên không thể phân ly, gây ra hiện tượng lệch bội, đa bội hóa. Nếu như NST có nhiều tâm động, thì có thể gây ra hiện tượng NST không thể phân ly hoặc bi đứt gãy. Giảm phân Sự phân bào giảm nhiễm là một cơ chế di truyền của tế bào, nhằm tạo ra 4 tế bào con có số NST giảm đi một nửa, hình thành giao tử. Quá trình giảm phân gồm giảm phân I và giảm phân II. Hình 9: Các giai đoạn của quá trình giảm phân Giảm phân I gồm có 4 giai đoạn chính: Kỳ đầu: Màng nhân bắt đầu tiêu biến, 2 trung thể bắt đầu tách ra, có thể có sự trao đổi chéo giữa các cặp NST tương đồng. Kỳ giữa: Các cặp NST kéo sắp xếp thành 2 hàng ở mặt phẳng xích đạo. Kỳ sau: Các sợi vô sắc đính lên các NST kép, kéo chúng về 2 cực của tế bào. Kỳ cuối: Hình thành màng nhân và màng tế bào, hình thành 2 tế bào con có số NST giảm còn một nửa. Ở kỳ đầu, 2 trung thể, mỗi trung thể chứa 1 cặp trung tử trong tế bào động vật, di chuyển đến 2 cực của tế bào. Những trung thể này đã được nhân đôi trong pha S, lúc bấy giờ đảm nhiệm chứng năng trung tâm điều khiển các vi sợi nhằm se chúng lại, đóng vai trò là dây và cột của tế bào. Những vi sợi này xâm nhập vào vùng nhân sau khi bao nhân bị phân hủy, gắn với NST tại kinetochore. Kinetochore đóng vai trò là một động cơ, kéo các NST dọc theo vi sợi hướng về trung tử. Có 4 kinetochore trên mỗi cặp nhiễm sắc thể tương đồng, nhưng ở giảm phân I, cặp kinetochore của 2 chromatid dính với nhau thành một đơn vị chức năng. Ở kỳ sau I, các sợi vô sắc co rút, tách các NST tương đồng (có thể chứa các đoạn tái tổ hợp) ra. Vì mỗi NST có một cặp kinetochore thực hiện chung một chức năng nên cả NST đó sẽ bị kéo về cực. Giảm phân hai về hình thức giống với nguyên phân. Nhưng ở kỳ đầu giảm phân II, tâm động chứa hai kinetochore được gắn với những sợi vô sắc từ trung tử ở mỗi cực. Mặt phẳng xích đạo lúc này quay 90o so với giảm phân I, làm cho các sợi vô sắc đính lên cả 2 kinetochore của cùng một NST kép. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Công trình nghiên cứu William C Earnshaw và Naomi Rothfield 1985 về kháng thể từ huyết thanh bệnh nhân scleroderma ( bệnh xơ cứng da), bệnh tự miễm dịch cho thấy sự có ảnh hưởng hoạt động centromere Hậu quả của đột biến cấu trúc NST telocentric: Mất đoạn (mất đỉnh): mất đoạn dài tạo hiện tượng “giả trội” thường gây chết do sự mất cân bằng bộ gen Đảo đoạn mang tâm động: Không có trao đổi chéo xảy ra trong giảm nhiễm 1 thì kì sau 1 NST bình thường. Xảy ra trao đổi chéo thì 1 nửa sản phẩm mất sức sống Khi ở trạng thái dị hợp tử thì đảo đoạn gây nên một số thay đổi về di truyền và tế bào, do đó người ta có thể dễ dàng phát hiện ra đoạn đảo. Khi có đảo đoạn ngoại tâm sẽ không làm thay đổi vị trí hai vế, còn khi có đảo đọan quanh tâm sẽ dẫn đến thay đổi vế của thể nhiễm sắc, có thể biến thể nhiễm sắc tâm cận mút (acrocentric chromosome) thành thể nhiễm sắc cận tâm (metacentric chromosome) và ngược lại. Robertsonian translocation (Chuyển vị Robertsonian) là hình thức chuyển đoạn phổ biến của NST, sắp xếp lại NST mà được hình thành bởi sự hợp nhất của toàn bộ vai dài của 2 acrocentric không tương đồng. Được đặt tên theo nhà côn trùng di truyền học người Mỹ WRB Robertson, người đầu tiên mô tả Robertsonian translocation ở châu chấu vào năm 1916. Hình 10: Robertsonian translocation. Cơ chế: Chuyển  đoạn  thuận nghịch được thực hiện giữa 2 NST tâm đầu A và B, khi A bị đứt phía dưới tâm động tạo vai dài mất tâm động, còn B bị đứt ở đầu mút ngắn trên tâm động, 2 đoạn nối nhau tạo NST tâm đều mang tâm động của B. Đoạn có tâm động A với vai ngắn nối với đoạn ngắn của B hình thành NST con có tâm động A. NST con mới có nhiều chất dị nhiễm sắc không quan trọng nên thường mất đi trong quá trình phân bào hoặc sau vài thế hệ. Chuyển đoạn Robertson có hậu quả làm giảm số lượng NST. Khoảng 1/1000 trẻ sơ sinh có 1 Robertsonian translocation. Các hình thức thường gặp nhất của translocations Robertsonian là giữa nhiễm sắc thể 13 và 14, 13 và 21, và 21 và 22, bởi vì các vai ngắn của nhiễm sắc thể này mã hóa cho rRNA hiện diện trong nhiều bản sao. Hậu quả: Một Robertsonian translocation gây nên các kết quả: hình thức cân bằng không làm vượt quá hoặc thâm hụt của vật liệu di truyền và không gây khó khăn về sức khỏe. Hình thức không cân bằng, translocations Robertsonian gây mất nhiễm sắc thể, bổ sung và kết quả của hội chứng dị tật nhiều, bao gồm trisomy 13 ( hội chứng Patau ) và trisomy 21 ( hội chứng Down ). Chẳng hạn, khoảng 5% số người mắc hội chứng Down (Down syndrome) có một bố mẹ là dị hợp về một chuyển đọan. Cụ thể trong trường hợp này, vai dài nhiễm sắc thể 21 (đọan 21q) bị đứt ra và gắn vào chỗ đứt trên vai ngắn nhiễm sắc thể 14; người bố hoặc mẹ này ở trạng thái dị hợp với kiểu hình bình thường, nhưng có nguy cơ gây hội chứng Down ở đời con do sự phân ly sai hình xảy ra trong giảm phân. Hình 11: 6 sản phẩm có thể có của sự phân ly Theo nguyên tắc, khi giảm phân, thể dị hợp chuyển đoạn có thể tạo ra bốn loại giao tử, với xác suất ngang nhau, thuộc hai nhóm có bộ nhiễm sắc thể cân bằng và không cân bằng sau đây: [14 ; 21] : [14 + 21q] : [14] : [(14 + 21q) ; 21] Khi các giao tử này thụ tinh với các giao tử bình thường [14 ; 21] sẽ cho ra bốn kiểu hợp tử tương ứng là: [(14)2 ; (21)2] : [(14;14 + 21q) + 21] : [(14)2 + 21] : [(14;14 + 21q) + (21)2] ↓ ↓ ↓ ↓ Bình thường : Thể dị hợp chuyển đọan : Thể một 21 : Thể ba 21 (46) (45) (45; chết) (46) Bởi vì các cá thể nhận được chỉ một nhiễm sắc thể 21 sẽ bị chết, nên chung cuộc có khoảng 1/3 số trẻ sống (từ một thể dị hợp chuyển đoạn như vậy) được kỳ vọng là mắc hội chứng Down. Trên thực tế, tỷ lệ này thấp hơn 1/3, chủ yếu là do một số cá thể không sống sót được ở thời kỳ thai. Người có 46 NST, các vượn người (hắc tinh tinh, khỉ đột, đười ươi) có 48 NST. NST thứ hai của người gồm hai đoạn giống 2 NST khác nhau của các vượn người. Rất có thể từ tổ tiên chung, một chuyển đoạn Robertson đã tạo nên loài người do sự nối lại của 2 NST khác nhau, làm giảm số lượng NST còn 46 thay vì 48 như ở các loài vượn người. Chương II: TELOMERE LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU. Đầu thế kỷ 15, khi khoa học bắt đầu tìm hiểu cơ chế nhân đôi của các gene, một vấn đề nảy sinh là phần tận cùng của một trong hai mạch của chuỗi DNA không thể được nhân đôi. Chính vì vậy, theo lý thuyết NST sẽ bị ngắn đi sau mỗi lần phân bào, nhưng thực tế thì không phải như vậy. Những nghiên cứu và khám phá về telomere và telomerase bắt nguồn từ thập niên 1930, qua công trình nghiên cứu của Barbara McClintock và Hermann Muller (cả hai được trao giải Nobel y sinh học). Lúc đó, hai nhà khoa học này phát hiện rằng hai phần đầu và cuối của mỗi nhiễm sắc thể rất cần thiết để duy trì sự ổn định DNA. Giáo sư Muller đặt tên cho hai phần này là telomere, ghép từ hai chữ trong tiếng Hi Lạp là telos (có nghĩa là cuối) và meros (có nghĩa là phần). Trong khi đó, McClintock chú ý thấy nếu không có hai “nút” này, các nhiễm sắc thể sẽ dính vào nhau, và thay đổi một cách bất thường. Do đó, chức năng của telomere là bảo vệ không cho nhiễm sắc thể bị dính vào nhau và chống lại sự “xói mòn” của DNA.Tuy nhiên, cơ chế hoạt động của các "đầu mút" này ra sao còn là điều bí ẩn. Hermann Muller và Barbara McClintock lần lượt được trao giải Nobel vào các năm 1946 và 1983. Vào đầu những năm 1980, trong một buổi họp khoa học, nhà di truyền học Elizabeth Blackburn trình bày kết quả nghiên cứu về giải mã gen đơn bào tetrahymena. Bà cho rằng, ở đoạn cuối nhiễm sắc thể của đơn bào xuất hiện nhiều lần chuỗi CCCCAA không chức năng. Trình tự của đoạn "đầu dây" này được Elizabeth Blackburn xác định trên NST của trùng roi Tetrahymena Cả phần "bao đầu dây" là sự lặp đi lặp lại của trình tự này. Cũng vào thời điểm đó Jack Szostak chứng minh rằng khi đưa NST kích thước nhỏ (được hình thành khi DNA virus kết hợp với protein histon) vào nấm men, NST này sẽ nhanh chóng bị thoái hóa. Hai tác giả quyết định tiến hành thí nghiệm đưa đoạn CCCCAA của trùng roi vào tế bào nấm men. Kết quả đoạn trình tự này đã bảo vệ NST. Như vậy cấu trúc phần đỉnh NST của một loài này có thể bảo vệ NST của loài khác mặc dầu hai loài ở mức thang tiến hóa rất xa nhau. Các nghiên cứu tiếp theo chứng minh rằng trình tự DNA của phần đầu NST có mặt ở hầu hết các loài động, thực vật, từ a míp cho đến người. Một câu hỏi được đặt ra là cơ chế nào đã bảo vệ hay tạo mới đoạn mút quan trọng này? Câu hỏi này được Carol Greider và giáo sư hướng dẫn tìm lời giải đáp vào lễ giáng sinh 1984 bằng phát hiện dấu hiệu của một enzym trong dịch chiết tế bào. Enzyme được đặt tên telomerase, được tinh sạch và tiếp tục xác định cấu trúc. Một kết quả gây ngạc nhiên là telomerase gồm cả RNA và protein. Phần RNA chứa trình tự CCCCAA và đóng vai trò làm khuôn mẫu tổng hợp telomere trong khi phần protein đảm bảo cho enzym hoạt động. Enzym này kéo dài đoạn đầu mút và tạo điều kiện để DNA polymerases (enzym tác động vào quá trình kéo dài chuỗi DNA) thực hiện sao chép dọc chiều dài cho đến tận điểm cuối NST). Vài năm sau đó, một số nhà khoa học khác cũng chứng minh được enzym telomerase không chỉ xuất hiện trong cơ thể đơn bào mà cả ở các loài ếch, chuột. Các nghiên cứu mới cũng xác định, chúng có ở hầu hết các sinh vật với tế bào nhân chuẩn, kể cả ở con người. Mặc dù enzym telomerase của mỗi loài khác nhau, nhưng trên nguyên tắc chúng đều có chức năng như nhau. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TELOMERE Cấu trúc Telomere Vị trí của Telomere Hình 12: Vị trí của Telomere và Centromere trên NST Hình 13: Telomere ở người chứa hàng ngàn trình tự lặp lại của 6 Nucleotide: TTAGGG Telomere là các trình tự giàu U lặp đi lặp lại nằm ở hai đầu mút của nhiễm sắc thể. Các trình tự lặp lại này không mã hóa thông tin di truyền. Hình 14: Telomere nằm ở đầu mút của các NST Các trình tự lặp lại thường là TTAGGG, Telomere có chiều dài 5000 – 15000 base. Trình tự lặp lại và số lần lặp lại của trình tự tại telomere là khác nhau giữa các loài. Hình 15: Một số trình tự lặp lại ở Telomere của một số loài. Cấu trúc T-loop của Telomere Hình 16: T-loop Ở trạng thái khi tế bào không phân chia, tức là từ pha G2 trở đi, thì telomere sẽ liên kết với một số loại protein gắn chuyên biệt lên các trình tự nằm ở hay gần vùng telomere nhằm tạo nên một cấu trúc phức tạp và vững chắc, được gọi là T-loop. Cấu trúcT-loop này đóng vai trò bảo vệ đầu mút DNA nhiễm sắc thể khỏi tác động của các enzyme hay các đáp ứng không thích hợp gây nguy hại đến DNA, cũng như hiện tượng dung hợp các đầu mút nhiễm sắc thể hay hiện tượng tái tổ hợp tương đồng giữa các vùng telomere. Các protein telomere liên quan rất quan trọng để duy trì sự ổn định telomere và điều chỉnh chiều dài telomere. Protein trong T-loop: Cấu trúc T-loop của Telomere liên quan tới các loại protein bám trên mạch: POT1 (Protection of telomeres-1) khi hình thành cấu trúc T-loop, một đoạn DNA phía dưới vòng cung do DNA uốn lại, sẽ tách ra làm 2 mạch đơn, protein POT1 bám vào mạc 3’, làm nhiệm vụ bảo vệ mạch và ngăn không cho 2 mạch bắt cặp lại với nhau. Các phức hợp TRF1 và TRF2 cùng các protein tương tác với chúng Hình 17: Phức hợp protein TRF2 (Telomere Repeat binding Factor-2) gồm TRF2, phức hợp [MRE11, RAD50, NBS1], WRN (Werner Syndrome Helicase_enzyme helicase có trong hội chứng Werner-lão hóa nhanh), ERCC1/XPF (một enzyme endonuclease) làm nhiệm vụ bảo vệ đoạn cuối nhiễm sắc thể, kết hợp cùng POT1 ngăn chặn sự bắt cặp dung hợp giữa các đoạn cuối NST với nhau. Ngoài ra, TRF2 còn tương tác với yếu tố phát tín hiệu sửa chữa NST để bảo về telomere khỏi các enzyme sửa chữa. Phức hợp protein TRF1 (Telomere Repeat binding Factor-1) gồm TRF1, Tankyrase ½, PINX1, Tin2 và POT1, có vai trò trong việc kiểm soát sự tăng chiều dài telomere thông qua việc tiếp nhận telomerase lên telomere. Ngoài ra, còn có các enzyme khác như Ku70/80, DNA-PK, Bloom helicase. Ngoài cấu trúc T-loop, telomere và tiền telomere vẫn bị ràng buộc bởi cấu trúc nucleosomes với nhiều loại protein histone khác nhau, đặc trưng của từng vùng cấu trúc chromatin. Các điểm histone liên quan đến sự trimethyl hóa của H3K9 và H4K20 bởi trung tâm xác đinh khác biệt màu sắc từ 3-9 monolog (Suv39h và h2) và trung tâm xác định khác biệt màu sắc 4-20 monolog (Suv4-20 và h2). Hơn nữa, các protein chromatin HP1α , HP1β và HP1γ được gắn vào các vùng cấu trúc telomere và tiền telomere nhờ sự liên quan đến dư lượng H3K9 trimethyl hóa. Giải thích vì sao vùng telomere lại không có gene: Vùng telomere lànhững vùng dị nhiễm sắc chất, được điều hòa bởi cơ chế bít gene qua biến đổi histon và DNA. Bít gene là một hiệu ứng vị trí, nghĩa là gene bị bít do hiệu ứng của nó trên NST, chứ không phải do đáp ứng lại các tín hiệu của môi trường. Bít gene có thể lan tỏa dọc trên phân tử DNA, làm tắt sự biểu hiện của nhiều gene. Vì được điều hòa bởi cơ chế bít gene này nên những vùng này chứa các đoạn DNA lặp lại ở mức độ rất cao và mang rất ít, thậm chí hoàn toàn không có sự biểu hiện gene mã hóa protein. Một sinh vật nhân thực được nghiên cứu nhiều về hiện tượng bít gen này là nấm men Saccharomyces cereviseae, bít gene được thực hiện qua quá trình methyl hóa và loại Acetyl hóa histone vùng telomere là một trong những vùng có gene bị bít. Đoạn NST này dài khoảng 1_5kb, kết đặc và gấp khúc.Các chất nhiễm sắc ở vùng này được acetyl hóa ở mức thấp hơn so với các vùng khác của NST và các gene chỉ được biểu hiện yếu.Có 3 gene mã hóa cho protein điều hòa bít gene là SIR2, 3 4. Ba protein được các gene này mã hóa hình thành nên phức hệbít gene tại vùng chất nhiễm sắc mà chúng gắnvào. Trong các protein này, IS2 là một histone deacetylase. Phức hệ bít gen được huy động tới đầu mút bởi một protein liên kết đặc hiệu với trình tự lặp lại ở đầu mút (protein RAP1). Sự huy động này khởi đầu cho hoạt động loại nhóm acetyl tại đuôi histone. Các histone bị loại acetyl bị các phức hệ bít gene nhận ra, sau đó hiện tượng loại acetyl hóa lan rộng theo NST, tạo nên một vùng dị nhiễm sắc chất kết đặc. Sự lan tỏa này chỉ giới hạn ở vùng đầu mút vì một số cơ chế khác làm cản trở sự lan tỏa hiệu ứng của SIR2, trong đó chủ yếu là sự metyl hóa đoạn đuôi của histone H3. Đó là lí do làm cho vùng telomere không có gen. Chức năng của Telomere Telomere và các protein gắn khảm trên vùng này thực hiện hai chức năng qaun trọng: Giúp phân biệt đầu mút thật sự của NST với các đoạn dứt gẵy khác trên cùng NST hoặc từ các NST khác trong cùng một tế bào. Nhờ vậy, cơ chế sửa sai của tế bào sẽ phân biệt được đâu là đầu mút và đâu là đoạn đứt gãy để không sửa chữa nhầm. mặt khác, DNA ở vùng đầu mút có ần số tái tổ hợp cao nên dễ bị phân giải, chính các protein gắn kết với vùng đầu NST sẽ giúp hạn chế vấn đề này. Telomere quyết định tính toàn vẹn cấu trúc cho từng NST, nếu NST không được bảo vệ bởi telomere, trong giai đoạn anaphase của nguyên phân,khi hai centromere bị kéo về hai phía đối diện, DNA ở giữa sẽ bị đứt ra, kết quả là làm NST bị hư hỏng, tách rời ra, cuối cùng bị biến mất trong tế bào. Telomere có nhiệm vụ bảo vệ đầu mút của NST. Một hiện tượng xảy ra trong quá trình sao chép DNA là DNA polymerase không thể tổng hợp bù đoạn mồi ở hai đầu mút NST, vì vậy sau mỗi lần phân bào, telomere sẽ ngắn dần đi, và khi đầu mút NST quá ngắn, chạm vào đoạn gene chức năng quan trọng, thì tế bào sẽ dần bị già hóa và chết. Mỗi lần NST phân chia telomere bị mất khoảng 50 – 100 base, Độ dài Telomere được xem như thước đo tuổi thọ của tế bào. Telomere ó nhiệm vụ bảo vệ sự bền vững của nhiễm sắc thể, chống lại sự suy thoái, chống lại sự tổ hợp sai lạc và sắp xếp lại trong quá trình sao chép DNA Telomere điều hòa gen Giúp nhiễm sắc thể bám vào màng nhân, tránh làm cho nhiễm sắc thể bị dính và biến dạng Mỗi lần NST phân chia telomere bị mất khoảng 50 – 100 base, chúng phân chia tới khi telomere trở nên quá ngắn không phân chia được nữa. Độ dài Telomere được xem như thước đo tuổi thọ của tế bào. ENZYME TELOMERASE Telomerase là một ribonucleoprotein bao gồm một phân tử RNA bản mẫu (TERC) và một enzyme phiên mã ngược (TERT). Thành phần RNA của telomerase người có chừng 445 nucleotide, trong đó các nucleotide 46-56 là vị trí gắn vào đầu cùng 3’-OH của telomere, và đó là khuôn để từ đó thêm vào các nucleotide của telomere. Telomerase ở người cầu thành bởi các thành phần chính sau: telomerase RNA (hTR hay hTERC), phân tử telomerase phiên mã ngược (hTERT), và dyskerin (DKC1). Các gene quy định các thành phần này được phân bố trên các nhiễm sc thể khác nhau của genome của người. Gene hTERT được dịch mã thành một protein gồm 1132 acid amin. Chuỗi polypeptide hTERT này được cuộn với hTERC, một RNA không quy định tính trạng gồm 451 nucleotide. hTERT có một cấu trúc kiểu găng tay hở cho phép nó trùm lên sợi nhiễm sắc thể để thêm vào các trình tự lặp lại telomere. . TERT bao gồm 1132 amino acids phục vụ cho quá trình kéo dài m