Điều hòa gen và Biểu sinh
Các tế bào mang cùng một gen nhưng lại hoạt động khác nhau vì chúng kiểm soát gen nào được biểu hiện, khi nào và mạnh mẽ đến mức nào, và một số trạng thái điều hòa này có thể di truyền mà không có bất kỳ thay đổi nào đối với trình tự DNA.
Definition
Điều hòa gen là tập hợp các cơ chế kiểm soát gen nào được biểu hiện và ở mức độ nào, và biểu sinh là nghiên cứu về những thay đổi di truyền trong biểu hiện gen không liên quan đến những thay đổi trong trình tự DNA cơ bản.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm sự điều hòa phiên mã bởi các promoter, enhancer và yếu tố phiên mã, vai trò điều hòa của RNA bao gồm các RNA nhỏ và nhiễu RNA, sự kiểm soát biểu hiện gen thông qua biến đổi chromatin và sự truyền di truyền của nó, và các hiệu ứng nguồn gốc từ cha mẹ như in dấu gen. Nó đề cập đến cách biểu hiện của một bộ gen cố định được kiểm soát và di truyền theo cơ chế biểu sinh; cấu trúc của chính các gen và đột biến cấp độ trình tự của chúng được đề cập trong di truyền học phân tử.
Sub-topics
Core questions
- Các yếu tố phiên mã, promoter và enhancer xác định khi nào một gen được phiên mã như thế nào?
- Các phân tử RNA điều hòa biểu hiện gen sau phiên mã như thế nào?
- Các biến đổi chromatin bật hoặc tắt gen và truyền trạng thái đó cho các tế bào con như thế nào?
- Các hiệu ứng nguồn gốc từ cha mẹ như in dấu phát sinh và tồn tại như thế nào?
Key theories
- Mô hình operon về điều hòa gen
- Jacob và Monod đã chỉ ra rằng các gen vi khuẩn có thể được bật và tắt bởi các protein điều hòa liên kết với DNA để đáp ứng các tín hiệu, thiết lập nguyên tắc biểu hiện gen được kiểm soát.
- Di truyền biểu sinh
- Các kiểu methyl hóa DNA và biến đổi histone có thể được truyền qua quá trình phân chia tế bào và, trong một số trường hợp, qua các thế hệ, truyền trạng thái biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA.
Clinical relevance
Sự điều hòa sai lệch biểu hiện gen gây ra ung thư và nhiều rối loạn phát triển, những thay đổi biểu sinh như methyl hóa bất thường là mục tiêu chẩn đoán và điều trị, các rối loạn in dấu minh họa bệnh lý có nguồn gốc từ cha mẹ, và sự điều hòa dựa trên RNA là nền tảng cho một nhóm thuốc đang phát triển.
History
Mô hình operon năm 1961 của Jacob và Monod cho thấy các gen được điều hòa chứ không phải biểu hiện liên tục; Waddington trước đó đã đặt ra thuật ngữ biểu sinh cho cách kiểu gen tạo ra kiểu hình, và việc phát hiện ra nhiễu RNA vào năm 1998 cùng với việc lập bản đồ phân tử các dấu hiệu chromatin đã thiết lập bức tranh hiện đại về sự điều hòa phân lớp, có thể di truyền.
Key figures
- François Jacob
- Jacques Monod
- Conrad Waddington
- Andrew Fire
Related topics
Seminal works
- jacobMonod1961
- allis2007
Frequently asked questions
- Biểu sinh có nghĩa là gì?
- Nó đề cập đến những thay đổi di truyền trong cách các gen được biểu hiện mà không làm thay đổi chính trình tự DNA, chẳng hạn như các dấu hiệu hóa học trên DNA hoặc các protein liên quan của nó làm bật hoặc tắt gen và có thể được truyền cho các tế bào con.
- Nếu mọi tế bào đều có cùng gen, tại sao các tế bào lại khác nhau nhiều như vậy?
- Các tế bào khác nhau vì chúng biểu hiện các tập hợp con khác nhau của các gen chung; các cơ chế điều hòa quyết định gen nào hoạt động trong mỗi loại tế bào, và các dấu hiệu biểu sinh giúp khóa chặt các quyết định này khi các tế bào chuyên biệt hóa.