1. Khái niệm nhân tử chuyển vị
Hệ gen ở sinh vật tương đối ổn định, thông qua việc xây dựng sơ đồ di truyền, có thể giám định quỹ gen của những gen đã biết, chỉ rõ trình tự DNA trong hệ gen cơ bản không thay đổi.
Trong quá trình tiến hóa lâu dài, hệ gen ở sinh vật cũng xảy ra biến dị. Trái lại với tính ổn định cơ bản, các nhân tử chuyển vị và yếu tố chuyển vị có thể làm thay đổi trình tự gen, gây đột biến hệ gen ở sinh vật.
Nhân tử chuyển vị là đoạn thứ tự DNA có thể di truyển trong hệ gen.
Chuyển vị là quá trình chuyển đổi từ vị trí này sang vị trí khác của nhân tử chuyển vị trong hệ gen.
Quá trình chuyển vị do nhân tử chuyển vị gây ra gồm có những đặc trưng sau:
– Có thể chuyển từ vị trí này sang vị trí khác trong hệ gen.
– Không tồn tại độc lập.
– Các yếu tố chuyển vị mã hóa transposase riêng của chúng, mỗi một lần di chuyển sẽ mang theo gen chuyển vị cần, nhân tử chuyển vị còn được gọi là gen nhảy.
– Tần số chuyển vị rất thấp.
– Nhân tử chuyển vị có thể chèn vào cấu trúc gen và trình tự điều tiết gen, dẫn đến hiện tượng thay đổi nội dung biểu hiện gen, ví dụ khiến gen này ngừng hoạt động, nếu là gen quan trọng sẽ có thể khiến tế bào chết đi.
Vào những năm 40 của thế kỷ XX, Mc clintock phát hiện ra yếu tố chuyển vị qua nghiên cứu di truyền ở ngô, khi đó được gọi là yếu tố điều khiển. Hiện nay các nghiên cứu cho thấy, nhân tử chuyển vị tồn tại ở hầu hết sinh vật trên thế giới, trong hệ gen của con người có hơn 35%trình tự nhân tử chuyển vị, phần lớn trong số đó có liên quan đến bệnh tật. Nghiên cứu nhân tử chuyển vị có thể giải quyết rất nhiều vấn đề sinh học vẫn chưa rõ rang ở mức độ phân tử.
2. Phân loại nhân tử chuyển vị (Transposition)
Hiện nay, người ta đã giám định rất nhiều yếu tố chuyển vị khác nhau. Nhân tử chuyển vị đơn giản nhất là trình tự xen đoạn (IS), được phát hiện ra có hơn 10 loại, như IS 1, IS 2… Ngoài ra còn có transposon (kí hiệu Tn): Các phần tử di động dài (khoảng 5000 bp) có chứa một hoặc vài gen. Ở sinh vật nhân thực, phát hiện nhân tử Ty có chứa men, nhân tử P ở ruồi dấm.
Nhân tử IS là nhân tử chuyển vị khá nhỏ, có chiều dài 750-1550bp. Các transposon đơn giản nhất là các trình tự xen đoạn (insertion sequence) và được kí hiệu bởi tiếp đầu ngữ IS kèm số thứ tự như IS4. Các phần tử IS là các cấu phần bình thường của ADN vi khuẩn và plasmid. Dòng E.coli chuẩn thường chứa vài bản sao (<10) của bất kì một trong các IS chung thường gặp. Các IS là những đơn vị tự trị, mỗi một trong chúng mã hóa cho chỉ một protein cần thiết cho sự chuyển vị bản thân chúng. Trình tự của mỗi lớp IS có khác nhau, nhưng trong tổ chức cấu tạo có nhiều tính chất chung. Ở giữa có gen transposaz tnp, hai đầu có lặp đoạn đảo ngược (IR – Inverted repeats). Các đầu mút của transposon có trình tự lặp lại đảo ngược (inverted repeat – IR). Ở hai đầu của IS luôn có hai trình tự lặp đoạn trực tiếp (direct repeat) ngắn. Các trình tự này dao động tùy transposon, nhưng cố định đối với mỗi lớp IS. Chiều dài của phần lớn lặp đoạn trực tiếp là 9, chúng xác định các đầu mút của transposon. Transposon không sao chép và sao chép Sự chuyển vị ADN theo 2 kiểu khác nhau (sao chép và không sao chép hay bảo tồn (conservative)) và có những tính chất chung.
Quá trình transposition có những đặc điểm sau đây: Cả hai đầu của phân tử mang gần như một trình tự có định hướng đảo ngược nhau. Các transposon mã hóa ít nhất một protein là transposaz. Transposaz gắn đặc hiệu và cắt các trình tự ở cuối để thực hiện chuyển vị. Các transposon tạo bản sao ngắn (≤12bp) của ADN ở điểm mục tiêu trong transposition. Chiều dài của trình tự này đặc trưng và không đổi đối với một phần tử nhất định và được tạo ra nhờ sự cắt so le (staggered cleavage) của ADN mục tiêu nhờ transposaz. Sự nhận biết và bắt cặp 2 đầu mút của transposon nhờ transposaz để hình thành cấu trúc chuyên biệt protein – ADN. Sự hình thành phức hợp được kích thích bởi các protein HU và IHF là các nhân tố tham gia tái tổ hợp điểm chuyên biệt Mu transposaz, giống như λInt protein, có 2 vùng gắn độc lập. – Sự cắt khấc (nicking) do transposaz tạo ra 3’-OH ở mỗi đầu của Mu. Cắt tiêu điểm nhờ transposaz tạo đầu mút so le 5’ – P dài 5 bp. Sự nối đầu 5’ – P của tiêu điểm với 3’-OH của transposon tạo cấu trúc trung gian chuyển mạch (strand – transfer intermediate).
