Đề tài: NHỮNG BIẾN ĐỔI TRÊN PROTEIN HISTONE
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH Ở NGƯỜI
Học phần: Sinh học phân tử trong lĩnh vực sức khỏe
NỘI DUNG
Slide 4
Giới thiệu di truyền ngoài gen (Epigenetics)
- Epigenetics là khái niệm được đưa ra nhằm giải thích cho những biến đổi kiểu hình không giải thích được nếu chỉ dựa trên kiểu gen. Đây là tập hợp những nghiên cứu về sự thay đổi có di truyền trong chức năng gen mà không tham gia vào sự thay đổi trình tự DNA.
- Vào những năm 1990, khái niệm epigenetics được đưa vào sử dung và là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh chóng trong sinh học. Khái niệm này được đưa ra nhằm nghiên cứu mối liên hệ giữa kiểu gen và môi trường trong việc hình thành kiểu hình. Việc phát hiện ra sự methyl hóa từng nucleotide trên DNA người, đảo CpG shore, những biến đổi trên protein histone và bản đồ vị trí nuclosome trên khắp bộ gen giúp những nghiên cứu về epigenetics được tăng cường. Ngoài quan điểm kiểu hình thay đổi khi kiểu gen thay đổi (di truyền cổ điển). Thay đổi kiểu gen như là đột biến, tái tổ hợp, nhảy gen trên DNA. Epigenetics mở ra một quan điểm mới là ngoài kiểu gen, kiểu hình còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài DNA như là DNA methylation, histone modification, và các non-coding RNA. Các biến đổi này có khả năng điều khiển sự biểu hiện của các gen liên quan và có thể di truyền
Slide 5
Protein histone_Cấu trúc và chức năng:
- Những sự biến đổi trên đuôi N-terminal của protein histone là một trong những nguyên nhân dẫn đến biến đổi ngoài gen (epigenetics). Năm 1884, protein histone được phát hiện bởi Albrecht Kossel. Khi đó, chúng được biết đến với vai trò quan trọng trong tế bào là giúp thu gọn cấu trúc DNA. Nếu không có sự tham gia của histone, DNA trong bộ gen có tổng chiều dài lên đến 1.8 m. Tuy nhiên, nhờ có protein histone, kích thước của toàn bộ bộ gen chỉ rút gọn còn 90 um. Cho đến năm 1960, những biến đổi trên đuôi N phân tử histone trong quá trình hậu dịch mã được khám phá.
- Protein octamer: một phân tử protein histone bao gồm 2 dimer H2A-H2B và một tetramer H3-H4. Mỗi monomer được tạo nên từ 3 xoắn alpha gắn kết với nhau bởi các loop. Lõi tạo nên sự ổn định của histone là tetramer H3-H4 tạo thành từ 2 heterodimer, tiếp theo là sự kết hợp thêm dimer H2A-H2B. Các phản ứng kết hợp này do các loại chaperon khác nhau cùng tham gia tổng hợp.
- Một phức hợp histone octamer được quấn quanh bởi trình tự DNA 147-bp (base pair), khoảng 1.65 vòng. Các đơn vị histone ngăn cách nhau bởi một đoạn DNA dài khoảng 50-bp. Các đầu C của protein histone được gấp cuộn vào trong tạo thành dạng hình cầu và liên kết với nhau tạo thành khối, các đầu N nhô ra khỏi khối cầu này và chịu các sự biến đổi. Ngoài ra, trên DNA liên kết còn có protein histone 1, giúp xác định góc quay giữa các nucleosome và từ đó điều khiển sự ổn định trên sợi NST. Chúng tạo ra một đơn vị NST được gọi là nucleosome.
- Việc hình thành các nucleosome giúp điều khiển sự đóng/mở của gen tương ứng với tín hiệu bật/tắt phiên mã. Histone là một protein bảo tồn cao trong eukaryote
- Protein histone là phân tử tương đối nhỏ (khoảng 11 – 15 kDa). Chúng chứa 20 – 24% lysine và arginine. Đây là những amino acid tích điện dương, tạo điều kiện nâng cao mối liên kết giữa histone và DNA (mang điện tích âm).
Slide 6
Các tương tác trong nucleosome:
- Tương tác tĩnh điện: DNA mang điện tích âm, protein histone mang điện tích dương à rút ngắn khoảng cách DNA và lõi histone, khá gần nhau à ổn định cấu trúc nucleosome
- Tương tác với minor groove DNA bằng tương tác yếu, không cộng hóa trị như liên kết hydro hay đơn giản là việc chèn các amino acid Arginine vào vùng minor groove
- Biến đổi đuôi histone là hướng đang được tập trung nghiên cứu, việc gắn các nhóm chức khác nhau lên các đuôi khác nhau lại có khả năng tăng cường hay giảm thiểu sự tương tác giữa DNA và histone
Slide 7
Các cấp độ xoắn DNA trong NST:
- Nhờ có protein histone là lõi, DNA cuộn xoắn thành nhiều cấp bậc để hình thành cấu trúc NST gồm 2 nhiễm sắc tử chị em gắn với nhau tại tâm động.
Slide 8
Các biến đổi cơ bản trên histone (post-translational modification_PTMs)
● Các điểm đặc trưng:
- Xảy ra trên đuôi N của tất cả các loại protein histone
- Xảy ra trong giai đoạn hậu dịch mã
- Là phản ứng gắn cộng hóa trị các nhóm chức vào amino acid đặc trưng và do enzyme đặc hiệu xúc tác
- Chức năng quan trọng trong điều hòa phiên mã, sửa chữa DNA, sao chép DNA, alternative splicing và xoắn cuộn NST
Slide 9
Acetyl hóa:
- Quá trình acetyl hóa diễn ra trên amino acid Lysine hiện diện ở đuôi N-terminal của cả 4 loại histone H2A, H2B, H3 và H4.
- Phản ứng thuận: Nhóm acetyl (CH3-C=O) chuyển từ acetyl-CoA sang nhóm amide (NH3+) của lysine nhờ enzyme HATs (histone acetyl transferases).
- Tác động: trung hòa điện tích dương của protein histone à làm yếu tương tác giữa DNA và histone à mở cấu trúc NST
- Phản ứng nghịch: Gỡ nhóm acetyl khỏi lysine nhờ enzyme HDACs (histone deacetylases) à khôi phục lại điện tích dương của protein histone à tăng cường liên kết DNA và histone à đóng cấu trúc NST à ức chế phiên mã
● HAT có chức năng chuyển nhóm acetyl của acetyl coA cho amino acid Lysine của một protein khác (protein có thể là histone hay non-histone). HAT không chỉ là enzyme tham gia vào quá trình biến đổi histone, epigenetic mà còn phản ứng với các protein non-histone điều hòa sự phát triển của cơ thể
● HAT có 2 loại: type-A và type-B, type-A cư trú trong nhân và tham gia vào các quá trình liên quan đến phiên mã trong khi type-B cư trú trong tế bào chất, acetyl hóa những histone mới dịch mã
● HDAC là enzyme khôi phục lại điện tích dương của lysine bằng cách gỡ nhóm acetyl
Slide 10
Ubiquitin hóa:
- Ubiquitin là một trình tự polypeptide 76 aa
- Phản ứng thuận: Liên kết isopeptide giữa đầu C (COO-) của glycine của ubiquitin với nhóm amide của lysine trên histone. Có thể là gắn thêm 1 (mono) hay nhiều (poly) nhóm ubiquitin
- Phản ứng nghịch: gỡ phân tử ubiquitin khỏi lysine nhờ enzyme deubiquitinase.
- Tác động
● Chức năng:
- Monoubiquitin trên histone H2B dẫn đến histone methylation
- Phiên mã: E3 được tìm thấy trong các phức hợp protein kìm hãm sự phiên mã à ngăn cản quá trình phiên mã, đồng thời ức chế sự hình thành các marker liên quan đến tăng cường phiên mã như H2Aub (ubiquitin H2A) ngăn cản H3K4me2 (dimethyl lysine số 4 trên đuôi N-terminal histone H3) và me3 (trimethyl). Trong khi đó H2Adub (deubiquitin H2A) tác động ngược lại (giúp kích hoạt phiên mã)
- Ngược lại, H2Bub lại giúp tăng cường phiên mã, RNF20 trong phức hợp với E3 tập hợp các nhân tố phiên mã, đồng thời làm dễ quá trình methyl hóa trên Lysine 4 và 79 của H3, là những tác nhân giúp kích hoạt phiên mã
- H2B ub còn giúp kéo dài RNA polymerase II bằng khả năng tái cấu trúc NST bằng cách thay thế vị trí H2A-H2B dimer, tạo điều kiện cho RNA polymerase bám vào.
- Sửa chữa DNA: sư ubiquitin hóa thường xảy ra ở những vị trí DNA bị hư hỏng, các vị trí ubiquitin hóa trên lysine này trở thành tín hiệu để tập hợp các protein trong bộ máy sửa chữa DNA có motif tương tác ubiquitin. Dub cũng có tác dụng tương tự.
Slide 11
Phosphoryl hóa:
- Xảy ra trên amino acid Serine, Threonine hay Tyrosine ở cả 4 loại histone.
- Phản ứng thuận: thay thế nhóm OH- trên amino acid Serine, Threonine hay Tyrosine bằng nhóm phosphate (-PO4) nhận từ ATP nhờ enzyme kinase.
- Phản ứng nghịch: gỡ nhóm phosphate nhờ enzyme phosphatase
- Tác động:
● Việc phosphoryl hóa histone đồng nghĩa với việc thêm điện tích âm vào tổng điện tích của protein histone. Chúng làm giảm mối liên kết giữa DNA và histone à mở cấu trúc NST à điều hòa phiên mã
● Phosphoryl hóa được xem như một tín hiệu để tập trung các nhân tố trong hệ thống sữa chữa DNA hư hỏng có domain nhận biết được vị trí phosphoryl hóa (nhóm PO4) à có thể ngừng chu trình tế bào nếu DNA sai hỏng quá lớn
● Không chỉ có tác động mở cấu trúc NST, sự phosphoryl hóa histone còn có tác dụng xoắn cuộn NST trong trường hợp xảy ra các cross-talk giữa các loại biến đổi. Ví dụ như phosphoryl hóa tại một vị trí này là tín hiệu cho việc giảm acetyl hóa tại vị trí khác à gây đóng cấu trúc NST
Slide 12
Methyl hóa:
- Quá trình methyl hóa protein histone xảy ra trên amino acid lysine hay arginine trên đuôi N-terminal của histone H3 và H4
- Phản ứng thuận: nhóm methyl (CH3) nhận được từ SAM (S-adenosyl methionine) được gắn vào nhóm amide ở vị trí e của lysine hoặc w của arginine nhờ enzyme Histone lysine methyltransferase _ HKMT (có SET-domain) hay arginine methyltransferase _ PRMT.
- Phản ứng nghịch: gỡ nhóm methyl khỏi histone nhờ enzyme histone demethylase
- Tác động: Việc gắn hay gỡ nhóm methyl trên protein histone không làm ảnh hưởng trực tiếp đến mối liên kết giữa DNA và histone vì methyl không mang điện tích. Tác động chủ yếu của sự methyl hóa là gián tiếp thông qua các cross-talk đến các biến đổi khác trên histone như acetyl hóa, ubiquitin hóa, phosphoryl hóa,…
● Sự methyl hóa lysine
+ Tạo vị trí bám cho các protein khác (ví dụ như chromodomain của heterochromosome protein (HP1) là domain nhận biết vị trí có amino acid có gắn nhóm methyl H3K9me à NST tăng cường xoắn cuộn à ức chế phiên mã à gián đoạn quá trình biểu hiện gen tại DNA có histone bị methyl hóa)
+ Sự methyl hóa xảy ra trên nhiều vùng heterochromatin, trong đó có vùng NST X bất hoạt
● Sự methyl hóa arginine: dựa vào viêc phát hiện hay không phát hiện nhóm methyl của domain của protein khác mà sự methyl hóa trên arginine có thể
+ Cản trở sự bám của các yếu tố hoạt hóa phiên mã
+ Tập hợp các yếu tố kìm hãm phiên mã
Slide 13
Tác động của những sự biến đổi sau dịch mã trên protein histone
1. Trực tiếp làm mất trật tự cấu trúc
- Histone acetylation & phosphorylation → giảm điện tích dương → gián đoạn tương tác tĩnh điện giữa histone và DNA → dãn xoắn NST à tạo điều kiện cho quá trình phiên mã
- Có những vùng hyper-acetylated, ví dụ: beta-globin locus cư trú ở vùng hyper-acetylated → tăng cường tiếp cận với các nhân tố phiên mã. Tuy nhiên, việc acetyl hóa quá mức không là điều kiện tiên quyết làm thay đổi cấu trúc chromosome (dù có acetyl H4K16 quá mức thì sợi nuceosome 30nm vẫn giữ nguyên đường kính)
- Ubiquitin là phân tử kích thước lớn → khi được gắn vào đuôi N-terminal của histone làm thay đổi cấu trúc tổng thể của NST
2. Điều hòa sự bám của các protein đóng vai trò là nhân tố bám trên NST
Những domain trên nhân tố bám khác biệt sẽ nhận biết các loại biến đổi trên histone khác nhau:
- Lysine methylation (nhóm CH3 trên lysine của histone): được nhận biết bởi các nhân tố bám NST có PHD fingers, chromodomain, tudor, PWWP & MBT domain
- Lysine acetylated (nhóm CH3-C=O trên lysine của histone): được nhận biết bởi các nhân tố bám NST có bromodomain, một vài trường hợp PHD finger cũng nhận diện
3. Histone modification cross-talk
- Competitive antagonism: vị trí lysine trên đuôi N-terminal histone có thể là nơi các enzyme đặc trưng cho quá trình acetyl hóa (như HATs) hay ubiquitin hóa (E3) hoặc methyl hóa (HKMT, PRMT) nhận diện. Các enzyme này sẽ cạnh tranh vị trí bám trên lysine, từ đó quyết định quá trình biến đổi nào sẽ diễn ra.
- Dependent upon: biến đổi này phụ thuộc vào biến đổi khác.Phản ứng methyl hóa H3K4 và H3K79 chỉ có thể xảy ra nếu quá trình ubiquitin hóa trên lysine 123 của histone H2B (H2BK123) xảy ra
- Sự bám của một protein vào một biến đổi cụ thể làm gián đoạn biến đổi kế cận. Sau khi H3K9 được gắn 2 hay 3 nhóm methyl, protein HP1 bám vào làm đóng xoắn NST. Protein HP1 này, trong quá trình nguyên phân, sẽ bị gỡ bỏ nếu trước đó có xảy ra sự phosphoryl hóa trên serine 10 của histone 3 (H3S10). K9 và S10 là 2 amino acid kề nhau trên đuôi N-terminal của histone H3.
- Hoạt động của enzyme này ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme khác bằng cách biến đổi cơ chất của enzyme đó. Hoạt động của enzyme proline isomerase làm biến đổi cấu hình lập thể (cis-, trans-) của proline 38 của histone H3 (H3P38). Sự biến đổi đồng phân này làm đuôi N-terminal quay vào trong à lysine 36 gần đó bị giấu à enzyme xúc tác phản ứng methyl hóa trên H3K36 không nhận biết và không hoạt động.
- Cooperation: tập trung các factor, protein PHF8 (chứa domain PHD finger) bám vào H3K4me3. Sự bám này sẽ mạnh hơn nếu có sự tham gia của quá trình acetyl hóa H3K9 và H3K14 cùng trên đuôi H3. Hay sự đồng hoạt động (cooperation) giữa biến đổi histone và DNA methylation. Protein UHRF1 bám vào nucleosome H3K9me3, sự bám này sẽ tăng cường nếu DNA trong đảo CpG của nucleosome này được methyl hóa.
4. Định vị gen
- Heterochromatin là vùng DNA xoắn cuộn chặt trên NST, gen nằm trong trạng thái bất hoạt. Chia thành heterochromatin thường trực như vùng tâm động và telomere hay không thường trực. Vùng heterochromatin là thường trực một phần là do tác động của các biến đổi trên histone. Protein HP1 bám vào H3K9me2/3 là tín hiệu tập hợp SUV39. Đây là protein có chức năng methyl hóa H3K9 ở các nuclosome gần đó. Chính chuỗi phản ứng này giúp DNA trong vùng heterochromatin thường xuyên trong trạng thái xoắn chặt.
- Euchromatin là vùng DNA mở, chứa phần lớn các gen hoạt động. Các nucleosome trong vùng này thường xuyên xảy ra những biến đổi làm giảm tương tác giữa DNA và histone như acetyl hóa (acetyl hóa không xảy ra trên heterochromatin). Ví dụ như việc methyl hóa H3K4 là tín hiệu đánh dấu vị trí khởi đầu phiên mã (transcriptional start site_TSS). Việc gắn methyl lên H3K4 giúp H3K14 bị acetyl hóa quá mức (hyperacetylation). Đây là phản ứng tạo điều kiện cho các gen trong vùng euchromatin được phiên mã.
Slide 14
Các biến đổi bất thường trên Histone có thể nằm ở chính histone đó ( nguyên nhân là do histone bị đột biến hoặc cho các histone không mang đột biến nhưng các histone chaperone hoạt động bất thường), hoặc các enzyme hỗ trợ quá trình biến đổi trên đuôi histone bị đột biến.
Slide 15
Đầu tiên là các bất thường do gene mã hóa histone bị đột biến
Trong phần này, lấy ví dụ của quá trình methyl hóa trên đuôi Histone H3. Quá trình methyl hóa của H3 tại nhóm Lysine được cân bằng bởi 2 enzyme methyltransferase (PCR2) và Demethylase (KDM6). Khi đột biến xảy ra trên đuôi H3 tại vị trí Lysine chuyển thành Methionine làm cho sự hoạt động của hai enzyme trên không được cân bằng. Quá trình gắn nhóm methyl bị giảm.
Quá trình giảm methyl có liên quan như thế nào đến ung thư?
Slide 16
Ví dụ về bệnh u thần kinh đệm. Các tế bào u thần kinh đệm xuất phát từ các tế bào gốc thần kinh. Ở trạng thái bình thường, các tế bào gốc thần kinh phân chia thành các tế bào thần kinh có chức năng. Khi có đột biến xảy ra, các tế bào gốc thần kinh phân chia thành các tế bào u thần kinh không có chức năng.
Slide 17
Các nghiên cứu về bệnh u thần kinh đệm cho rằng nguyên nhân là do đột biến trên gene mã hóa histone H3 là H3.3A (chiếm 70% trong các bệnh nhân bị u thần kinh đệm). Đột biến trên gene H3.3A gây nên sự thay thế Lysine vị trí 27 thành Methionine từ đó làm giảm quá trình methyl hóa trên đuôi Histone H3.
Gene H3.3A không phải proto – oncogene, cũng không phải là Tumor Suppressor Gene. Vậy tại sao đột biến H3.3A lại dẫn đến ung thư?
Slide 18
Câu trả lời nằm ở vị trí tương tác của Histone H3 với các gene liên quan và sự tương tác của quá trình methyl hóa với các quá trình biến đổi khác trên đuôi Histone H3.
Lấy ví dụ trên H3K27me3 (gắn 3 gốc methyl lên Lysine vị trí 27 trên Histone H3). Quá trình H3K27m3 sẽ giúp cho quá trình ức chế biển hiện của các gene downstream hoặc cân bằng quá trình biểu hiện và im lặng của gene. Khi đột biến H3K27M xảy ra, các gene downstream được mở ra và được biểu hiện liên tục, nếu các gene downstream là proto – oncogene và bị đột biến thì các gene này được liên tục biểu hiện. Thứ hai, quá trình H3K27M sẽ ảnh hưởng đến quá trình H3K27ac (có vai trò giúp DNA cuộn xoắn với Histone) làm cho DNA tại vị trí đó luôn bị mở ra.
Slide 19
Trong ung thư thần kinh đệm, các đột biến trên Histone H3 luôn đi kèm với đột biến với các proto oncogene hoặc các Tumor suppressor khác để dẫn đến ung thư và tình trạng ngày càng nghiêm trong.
Slide 20
Sự bất thường trên Histone ngoài đột biến làm thay đổi trình tự animo acid trên đuôi histone mà còn do các histone chaperone. Như ATRX/DAXX/H3.3 là một ví dụ điển hình.
Slide 21
Ví dụ đầu tiên về đột biến trên histone chaperones là hai chaperones ATRX và DAXX. ATRX và DAXX có vai trò quan trọng trong việc duy trì tính ổn định của telomere.
Cách thức hoạt động của hai chaperone này như sau: trong vùng telomere, khi phát hiện có sự sai khác khi DNA telomere không được đóng gói với histone, ATRX sẽ nhận diện thông qua H3K9me3. Sau đó, nó thu hút cả DAXX có gắng với Histone H3.3 mới để thay histone mới này vào chổ vừa bị trống. Đồng thời, chúng huy động cả KAP1, Setdb1, ZNF để methyl hóa H3K9 giống như những histone khác, giúp telomere về trạng thái bình thường.
Thống kê cho thấy 43% ca ung thư tuyến tụy (PanNETs) có liên quan đến đột biến bất hoạt ATRX/DAXX.
Slide 22
Histone chaperone thứ 2 là HIRA. Nếu DAXX hoạt động nhiều ở vùng telomere thì HIRA hoạt động chủ yếu ở các vùng gene chức năng.
HIRA thực hiện chức năng với H3-H4 khi nó nhận heterodimer này từ Asf1a và gắng vào vùng DNA vừa mới được phiên mã.
HIRA nằm trên NST 22 và thường bị xóa trong ở người mắc hội chứng DiGeorge, liên quan đến đau tim và kém miễn dịch bẩm sinh.
Các nghiên cứu trên gà, chuột cho thấy các biểu hiện bệnh khi làm giảm số lượng bản sao của gene HIRA.
Slide 23
HIRA gồm 3 tiểu phần, bao gồm Histone cell cycle regulator (HIRA), Ubinuclein1
(UBN1) và Calcineurin binding protein 1 (CABIN1). Trong đó, Ubinuclein 1 tương tác trực tiếp với OGT (O-linked N-acetylglucosamine (GlcNAc) transferase, enzyme phân hủy liên kết O-GlcNAcylation trên serine hoặc threonine). OGT bám vào UBN1 và thực hiện chức năng thủy giải, nó sẽ hoạt hóa quá tình lắp ráp H3.3 thành nucleosome.
Các đột biến khiếm khuyết liên kết O-GlcNAcylation làm cho tương tác OGT và UBN1 không thực hiện được chức năng, ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp H3.3
Slide 24
Các đột biến trên enzyme biến đổi histone, histone modification enzymes.
Theo thống kê từ Danh mục ung thư đột biến sinh dưỡng (COSMIC), cho thấy:
• Tần số đột biến ở enzyme histone phosphatase ở mức thấp (2.5%)
• Histone methyltransferase đột biến ở mức cao hơn (7.9)
• Mức đột biến của HAT khác với HDAC
Slide 25
Ví dụ về đột biến trên histone modification enzymes là phức hợp PRC2.
PRC2 là phức hợp enzyme liên quan đến quá trình methyl hóa các lysine ở H3. Khi histone được methyl hóa, vùng DNA xung quanh được đóng chặt lại và ức chế biểu hiện. Ngược lại, nếu ức chế PRC2 sẽ khiến cho histone không được methyl hóa, dẫn đến mở gene và biểu hiện gene.
Slide 26
Phức hợp PRC2 gồm tiểu phần EZH2 có chức năng là một methylase, và các tiểu phần khác hỗ trợ bao gồm Suz12, EDD.
Ở các biểu hiện bất thường, một enzyme kinase là JAK3 khi được biểu hiện quá mức sẽ gắng nhóm Phosphate lên Y244 của EZH2 khiến cho tiểu phần này không thể thu hút các tiểu phần khác để hình thành nên PRC2. Đồng thời, EZH2 còn tương tác với RNA Polymerase II với vai trò như nhân tố kích thích phiên mã, khiến cho vùng gene mục tiêu không những không được kiềm hãm biểu hiện mà còn được biểu hiện.
Trong ung thư vú, EZH2 tương tác với estrogen receptor và beta-catenin hoạt hóa con đường kích thích bằng estrogen.
Trong ung thư ruột, nhân tố tăng dòng liên kết kháng nguyên PAF gắng với beta-catenin và thu hút EZH2 để hoạt hóa biểu hiện gen Wnt.
Slide 27
Ngoài ra, các nghiên cứu khác còn cho thấy, PRC2 còn có kiểu hoạt động bất thường khi methyl hóa cho các protein khác không phải là histone.
Slide 29
Có nhiều phương pháp nghiên cứu quá trình tương tác giữa Histone và Gene, trong đó kỹ thuật tủa miễn dịch nhiễm sắc thể (ChiP) được sử dụng phổ biến.
Kỹ thuật ChiP được tiến hành:
Quá trình tương tác giữa DNA và histone được cố định. Sau đó tế bào được ly giải và các phân đoạn DNA được cắt nhỏ (kể cả DNA liên kết với Histone). Người ta sử dụng kháng thể đặc hiệu để thu nhận những đoạn DNA mục tiêu. Sau đó, protein histone được phân giải và đoạn DNA được thu nhận.
Slide 30
Kỹ thuật ChiP kết hợp với giải trình tự (ChiP seq) hiện nay được ứng dụng mạnh mẽ. Sau khi đoạn DNA được thu nhận sẽ được giải trình tự và so lên trên bộ gene người đã được giải mã. Từ kết quả của đoạn DNA, các nhà nghiên cứu có thể biết được vị trí của Histone trên nhiễm sắc thể, gene tương tác với Histone có bị đột biến không, Histone đó còn tương tác với một số gene nào khác.
Slide 31
Bên cạnh tế bào u tuần hoàn và DNA tuần hoàn thì nucleosome tuần hoàn cũng được sử dụng để chuẩn đoán một số bệnh trong đó có ung thư.Các nucleosome tuần hoàn được phóng thích từ các tế bào necrosis hay apoptosis trong cơ thể, chúng theo dòng máu lưu thông trong cơ thể.
Slide 32
Các nucleosome tuần hoàn được thu nhận từ máu ngoại vi. Sau đó, người ta sử dụng phương pháp ChiP seq để phân tích các nucleosome thu được. Từ đó, người ta có thể đưa ra các phương pháp điều trị nếu người đó mắc một số bệnh.
Slide 33
Hiện nay, các bệnh liên quan đến biến đổi epigenetic không có thuốc đặc hiệu và chỉ sử dụng một số thuốc ức chế quá trình biến đổi epigenetic. Ví dụ như quá trình Deacetylase trên histone hoạt động quá mức sẽ sử dụng các chất ức chế hoạt động của enzyme deacetylase.
Slide 34
Các thuốc ức chế thường được tạo ra nhằm cạnh tranh với cơ chất của các enzyme thực hiện quá trình biến đổi histone tại vị trí xúc tác (cấu trúc khớp về mặt không gian và bám vào các vị trí quan trọng trong vùng xúc tác).
Thuốc SARA có khả năng cạnh tranh cơ chất của của ezyme HDAC8 bằng việc chèn vào vị trí xúc tác về mặt không gian và bền hóa tương tác bằng các tương tác hóa học của cấu trúc bên.
Slide 35
Một số thuốc được nghiên cứu và được FDA cấp phép
Slide 36
Mặc dù các thuốc ức chế quá trình epigenetic cho những kết quả tích cực trong nghiên cứu in vitro và in vivo, nhưng các quá trình epigenetic là quá trình rất cần thiết để duy trì hoạt động sống bình thường của cơ thể. Chính vì thế, cac thuốc này vẫn có những tác dụng phụ và chưa đặc hiệu à Cần có nhiều nghiên cứu để giảm tác dụng không mong muốn.