Telomeres
Chia sẻ bởi Vũ Thị Thắm |
Ngày 23/10/2018 |
57
Chia sẻ tài liệu: telomeres thuộc Bài giảng khác
Nội dung tài liệu:
1/29/2012
1
Good morning!
Have a nice day!
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Sinh học phân tử
Telomere và Telomerase
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Bách
1/29/2012
3
1/29/2012
1/29/2012
4
5
Mất 1 đoạn DNA ở đầu tận cùng
sau khi nhân đôi
Già trước tuổi
Ung thư
ohohoh…ah
Telomere và Telomerase
1/29/2012
6
Telomere là gì?
Sự liên quan của telomerase với bệnh ung thư và lão hóa
Hoạt động của Telomerase ở các loại tế bào khác nhau( tế bào gốc, tế bào soma, tế bào ung thư)
Cơ chế hoạt động của enzyme Telomerase?
Sẽ được giải đáp trong tiểu luận này.
1/29/2012
B. Nội dung
7
1/29/2012
8
1/29/2012
2.1 Lịch sử nghiên cứu:
9
Telomere
1/29/2012
Quan điểm hiện đại về telomere và telomerase có từ các thí nghiệm thực hiện trong những năm 1930 bởi hai nhà di truyền học:
10
Barbara McClintock-
Đại học Missouri
Hermann J. Muller-
Đại học Edinburgh.
1/29/2012
Tuy nhiên mãi đến những năm 1970 quan điểm chính xác ve telomere mới được xác định.
Năm 1978, nhà khoa học E. Blackburn và G. Joseph Gall - Đại học Yale, phát hiện ra telomere ở Tetrahymena, một sinh vật đơn bào, chứa một trình tự lặp lại rất ngắn và đơn giản là TTGGGG.
1988- Moyzis đã tìm ra trình tự của Telomere ở người và xác định gồm 6bp lặp lại: (TTAGGG)n.
11
2.1.1 Lịch sử nghiên cứu telomere
1/29/2012
Enzyme telomerase là đối tượng của quan tâm của rất nhiều nhà khoa học.
Năm 1984, hai nhà khoa học, làm việc trong phòng thí nghiệm của Blackburn tại Berkeley, đặt ra giả định telomere kéo dài là do có sự tồn tại của enzyme telomerase.
1985- Carol Greider đã khám phá ra Telomerase, enzyme hoạt động để tổng hợp các đoạn lặp lại Telomeric trong Tetrahymena.
12
1/29/2012
Ngày 5/10/2009, Giải Nobel y học năm 2009 đã được trao cho ba nhà khoa học Mỹ với công trình phát hiện và giải mã vai trò bảo vệ ADN của telomere và telomerase và quá trình lão hóa tế bào.
13
GS. Elizabeth H. Blackburn
( người Mỹ)
GS. Carol W. Greider (người Mỹ)
GS. Jack W. Szostak
(người Mỹ
1/29/2012
- Muller đã đưa ra định nghĩa telomere theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là ‘ kết thúc’ (telo) và ‘phần’ (meros)
- Telomere là một vùng DNA lặp lại ở mức độ cao tại vùng cuối của một NST, mang ít gene, được đặt liền kề với khu vực subtelomeric mang nhiều gene hơn.
14
1/29/2012
Telomere bao gồm các tiểu đơn vị telomeric TTAGGG ngắn và lặp đi lặp lại.
Trong đó có một trình tự lặp lại duy nhất là:
... TTGGGGTTGGGTTGGGTTGGGGTT3 ‘
... AACCCCAACCCC5‘
15
2.2.1 Khái niệm telomere
Thường thì đầu cuối của Telomere không phải là đầu bằng mà là đầu nhô ra 3’– G.
1/29/2012
16
Ngay sau vùng lặp lại TTAGGG thì có một đoạn gồm150-200 nucleotide giàu G nhô ra ở đầu sợi 3’.
- Phần sợi nhô -G có thể gấp lại và liên kết với vùng sợi kép của đoạn lặp TTAGGG để tạo thành một vòng telomere lớn được gọi là T loop và D- loop ( Displacement – loop ) ở đầu tận cùng của NST, phản ứng tạo cặp được xúc tác bởi TRF2.
một cơ chế cơ bản trong sự bảo vệ đầu cuối nhiễm sắc thể và giới hạn điểm bám của Telomerase.
1/29/2012
Cấu trúc T-loop và D-loop.
17
1/29/2012
18
Để tránh mất vật liệu di truyền sau mỗi lần tái bản, Telomere cần phải kết hợp với một số protein để hình thành nên mũ bảo vệ.
Cấu trúc của mũ bảo vệ: Gồm các protein là TRF1 , TRF2, WRN .. Chúng liên kết với nhau và bọc lấy những trình tự lặp lại ở Telomere, ẩn đầu cheo 3’- đoạn này dài khoảng 100bp.
1/29/2012
Phức hợp TRF2
Phức hợp TRF1
19
1/29/2012
3.1 Thành phần của các protein trong phức hợp Shelterin- Protein liên kết với Telomere.
20
1/29/2012
Telomere có liên kết với các protein bám đặc hiệu tạo thành các protein trong phức hợp Shelterin.
21
1/29/2012
4. Cấu trúc ở cấp độ NST của Telomere.
Telomere liên kết với nucleosome - bao gồm các histone được cải biến đặc trưng ở vùng dị nhiễm sắc.
22
1/29/2012
5. Sự điều hòa Epigenetic của Telomere NST
1/29/2012
23
Các yếu tố liên quan đến sự điều hòa Telomere.
Các cải biến ở đầu tận cùng của nhiễm sắc có thể liên quan đến kiểm soát chiều dài telomere.
Thật vậy, những con chuột thiếu cả hai SUV39H1 và SUV39H2 HMTases và giảm trimethylation H3-K9, tăng mono-methyl hóa H3-K9, và mất HP1 liên kết tại các telomere dẫn đến việc dài ra bất thường của telomere và thay đổi yếu tố bám TRF1.
Tương tự như vậy, sự mất đi của họ protein RB-dẫn đến sự dài ra bất thường của telomere.
1/29/2012
24
Các yếu tố liên quan đến sự điều hòa Telomere.
Thay đổi cấu trúc telomere và chiều dài telomere bất thường có thể ảnh hưởng đến sự câm phiên mã của các gen đặt tại các khu vực lân cận các tiểu telomeric. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng vị trí telomere xảy ra trong nấm men, động vật có vú ảnh hưởng sâu sắc đến biểu hiện gen.
Tuy vậy, các tác nhân làm thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, chẳng hạn như trichostatin chất ức chế histone deacetylase A, làm tăng sự biểu hiện của các gen nằm gần telomeres có lẽ thông qua việc cảm ứng sự không kết đặc của nhiễm sắc .
1/29/2012
25
Các yếu tố liên quan đến sự điều hòa Telomere.
- Có thể phục hồi chiều dài telomere trong các động vật nhân bản là hệ quả của lỗi ở các epigenetic, đặc biệt là khi cải biến epigenetic không trung thành trong dòng nhân bản.
- Tương tự như vậy, hội chứng ở người được đặc trưng bởi sự khuyết epigenetic, chẳng hạn như hội chứng Rett, cũng có thể được đặc trưng bởi sự điều hòa chiều dài bất thường telomere.
Điều này có thể đóng góp cho việc chẩn đoán các bệnh mặc dù khả năng này vẫn chưa được khám phá.
1/29/2012
26
5. Sự điều hòa Epigenetic của Telomere NST
1/29/2012
27
1/29/2012
28
1.Tại sao lại cần có sự hoạt động của enzyme này?
- Sau quá trình nhân đôi , 1 sợi DNA sẽ bị thiếu mất một vài cặp nucleotide ở đầu sợi DNA mới- mất ở đầu Telomere.
- Hậu quả phá hủy cấu trúc Telomere, gây rối loạn chức năng của nhiễm sắc thể. Các nhiễm sắc thể kết dính vào nhau , hoặc trao đổi chéo với tần số cao, tạo ra những NST khuyết tật. Các hoạt động sống của tế bào bị rối loạn, tuổi thọ của tế bào giảm.
1/29/2012
29
Hiện tượng ngắn đi cuả Telomere
1/29/2012
30
Vậy thì làm thế nào đây???
Telomerase !!!!
1/29/2012
31
-Telomerase là một phức hợp ribonucleoprotein có chức năng duy trì các telomere của NST.
32
1/29/2012
Telomerase có enzyme sao chép ngược, mã hóa bởi gen Tert, nhận biết nhóm 3`-OH một cách đặc biệt ở đầu cuối vùng nhô ra- G. Để kéo dài telomere bằng cách mở rộng từ nhóm này sử dụng một phân tử RNA, được mã hóa bởi gen (telomerase RNA thành phần) Terc, làm khuôn.
33
1/29/2012
- Các nghiên cứu về phức hợp enzyme telomerase đã cho thấy sự hiện diện của hai tiểu đơn vị lớn đóng góp vào hoạt động enzyme:
+ một thành phần cấu trúc RNA (hTER) có chứa một khu vực liên kết TTAGGG lặp đi lặp lại trong telomere .
+ một tiểu đơn vị liên kết với enzyme sao chép ngược hTERT
Khi trộn hTERT tinh khiết và HTER thì có thể tái thiết lại hoạt động của telomerase trong ống nghiệm (Masutomi et al, 2000).
34
1/29/2012
2.Cơ chế hoạt động của enzyme Telomerase.
Đối với đầu telome có nhiều C thì một mẫu mồi được tổng hợp theo mẫu đầu telome có nhiều G rồi ADN polymerase sẽ kéo dài mồi ấy,chiếm hết chỗ từ đầu mồi tới đầu 5’ của sợi ADN không có telome.
Sau đó một ligase sẽ gắn đầu 5’ với đầu 3’ của phần telome nằm ở sợi đối, gập lại như hình kẹp tóc.
1/29/2012
35
2.Cơ chế hoạt động của enzyme Telomerase
Telomerase tới đầu 3’ tận cùng của chuỗi ADN để kéo dài đầu ấy ra sử dung ngay mấu mồi nội tại của nó.
Nó sẽ dịch dần để tổng hợp đoạn telome có nhiều G vừa bổ sung và ngược chiều với trình tự của mồi nội tại.
Telomerase lại dịch đi để tiếp tục kéo dài đoạn ADN telomere .
Còn đối với đầu telomere có nhiều C thì một mẫu mồi được tổng hợp theo mẫu đầu telome có nhiều G rồi ADN polymerase sẽ kéo dài mồi ấy, đủ để chiếm hết chố từ đầu mồi tới đầu 5’ của sợi ADN không có telomere.
Sau đó một ligase sẽ gắn đầu 5’ với đầu 3’ của phần telomere nằm ở sợi đối, gập lại như hình kẹp tóc.
36
1/29/2012
3. Sư khác biệt về hoạt động telomerase ở các loại tế bào soma, tế bào gốc và tế bào ung thư.
1/29/2012
37
3.3 Tế bào Soma
3.1-Tế bào Gốc
a) Khái niệm:
Tế bào gốc là tế bào nền móng của tất cả các tế bào, mô và cơ quan trong cơ thể.
1/29/2012
38
b- tóm tắt về tế bào gốc
Về cơ bản, mọi tế bào trong cơ thể người đều có nguồn gốc từ trứng đã thụ tinh (còn được gọi là hợp tử) – chính là sự kết hợp giữa tinh trùng và trứng.
1/29/2012
39
- Từ tế bào gốc sẽ thành tế bào mô (tế bào soma) và cơ quan qua nhiều lần phân chia và biệt hóa.
Vì vậy có thể nói tế bào gốc có cấu tạo hoàn chỉnh nhất gần như không có lỗi trong cấu trúc gene, nên telomere trong tế bào gốc có cấu tạo cũng hoàn chỉnh nhất và dài nhất.
1/29/2012
40
c) Kết luận về tế bào gốc:
- Tế bào gốc có cấu tạo hoàn chỉnh nhất trong cơ thể.
- Telomere trong tế bào gốc có cấu tạo cũng hoàn chỉnh nhất và dài nhất.
- Có enzym telomerase hoạt động mạnh nhất.
1/29/2012
41
3.2 Tế bào mầm( Germ cell)
Tế bào mầm có mức độ cao hoạt động của telomerase tăng sinh nhanh chóng. Mặc dù sự hoạt động của telomerase giảm đi khi không phát sinh tinh trùng và trứng, nhưng nó kích hoạt mạnh sau khi thụ tinh và duy trong các tế bào mầm cho thế hệ sau.
1/29/2012
42
2-Tế bào xoma
Khái niệm:
- Tế bào soma là tất cả các tế bào trong cơ thế sinh vật trừ tế bào gốc.
-Trong tiếng Hy Lạp “soma” có nghĩa là “cơ thể”.
1/29/2012
43
b) Tóm tắt về tế bào xoma
- Trong hầu hết các tế bào xoma của người ngoại trừ các tế bào gốc và tế bào lympho, hoạt động của telomerase bị giảm dẫn đến chiều dài telomere ngắn dần trong quá trình phân chia tế bào. Quá trình tái tạo,bổ sung telomere chậm hơn quá trình ngắn đi nên tế bào soma sẽ dần dần bị lão hóa và chết.
1/29/2012
44
c) Kết luận về tế bào soma
- Telomere của tế bào soma ngắn hơn telomere của tế bào gốc.
- Telomerase trong tế bào soma không hoạt động hoặc hoạt động rất ít.
- Tế bào soma sẽ ngừng phân chia và lão hóa khi telomere quá ngắn.
1/29/2012
45
3- Tế bào ung thư
a) Khái niệm:
- Ung thư là một nhóm các loại bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một cách vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa.
1/29/2012
46
Video về ung thư.
47
1/29/2012
b) Tóm tắt về tế bào ung thư
- Tế bào ung thư trẻ mãi không già do:
Các chuỗi ADN lặp lại (hay telomere) bao phủ đầu của nhiễm sắc thể. Telomere đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc và sự ổn định của nhiễm sắc thể khi chúng phân chia và sao chép trong suốt thời kỳ sinh trưởng của tế bào.
Khi tế bào tăng trưởng và phân chia nhiều lần, các telomere này ngắn lại cho tới khi chúng gây ra tiến trình lão hoá của tế bào và tế bào chết đi. Tuy nhiên, trong các khối u, tiến trình lão hoá tự nhiên này bị phong toả bằng một cách nào đó và tế bào ung thư tăng trưởng và phân chia tràn lan.
1/29/2012
48
c) Kết luận về tế bào ung thư
Khi tế bào ung thư hình thành nó phân chia nhanh hơn và telomere trở nên rất ngắn (khoảng 2.8kb) và để thoát khỏi cái chết ,tế bào ung thư sẽ kích hoạt enzyme khôi phục telomere là telomerase ngăn cản sự ngắn hơn nữa của telomere.
1/29/2012
49
Chiều dài telomere, hoạt động telomerease trong tế bào gốc, tế bào soma, tế bào ung thư
1/29/2012
50
51
1/29/2012
Telomere của tế bào soma ngắn hơn tế bào gốc, thông thường telomere trong tế bào gốc của người dài từ 2kb đến 20kb tùy theo tuối tác mô cơ quan và tế bào.telomere của tế bào xoma sẽ ngắn dần trong quá trình phân chia.
Chiều dài telomere trong tế bào soma là không giống nhau, từ 5 đến 20 kbở người theo tuổi tác, cơ quan, và lịch sử phát triển của mỗi tế bào ( Wright và Shay, 2005)
Telomerase không hoạt động hoặc hoạt động rất ít trong tế soma, quá trình tái tạo, bổ sung telomere chậm hơn quá trình ngắn đi nên tế bào xoma sẽ dần dần bị lão hóa và chết.
1/29/2012
52
4 – Kết luận
Telomere của tế bào gốc có cấu tạo hoàn chỉnh nhất và dài nhất, có enzyme telomerase hoạt động mạnh.
Telomere của tế bào soma ngắn hơn tế bào gốc và sẽ ngắn hơn nữa trong các lần phân chia sau cho đến khi lão hóa và chết.
Telomere của tế bào ung thư rất ngắn nhưng sẽ duy trì nhờ enzyme telomerase trong các lần phân chia tiếp theo -“bất tử”.
1/29/2012
53
1/29/2012
54
1 Lão hóa
Lão hóa (tiếng Anh: senescence, xuất phát từ senex trong tiếng Latin có nghĩa là "người già" hay "tuổi già") là trạng thái hay quá trình tạo nên tuổi tác già nua.
Nguyên nhân gây lão hóa được giải thích bằng nhiều thuyết khác nhau: thuyết di truyền, thuyết gốc tự do... Ngoài ra, hiện tượng lão hóa có liên quan đến đột biến gen còn gây hội chứng già trước tuổi hay liên quan đến tuổi thọ con người.
Theo thuyết di truyền thì con người có sẵn trong các tế bào của mình một chương trình - mang trong các "gen". Các gen hoạt động theo thứ tự, bất di bất dịch: sinh, lão, bệnh, tử.
1/29/2012
55
Các tế bào sinh vật bình thường sau một thời gian phát triển sẽ trở nên già bị lão hóa là quá trình tự chết “apoptosis”, quá trình này liên quan mật thiết đến chiều dài của telomere.
Thông thường tế bào người chết đi sau 40-60 chu kỳ sao chép
Mỗi lần sao chép tế bào thường mất khoảng 50-100 base.
1/29/2012
56
Telomere và sự lão hóa
Việc các telomere ngắn lại, nó làm tổn thương DNA dẫn đến ra sự bắt giữ tế bào, phản ứng chết hoại ‘apotosis’.
Sự mất mát này liên quan đến khả năng tồn tại của tế bào, nó góp phần khởi phát các bênh thoái hóa dẫn đến lão hóa.
1/29/2012
57
Hội chứng lão hóa sớm do sự Telomere ngắn quá mức
1/29/2012
58
Số người mắc hội chứng già hóa sớm cho thấy tốc độ rút ngắn telomere nhanh chóng.
Ví dụ các bệnh được liệt kê ở dưới đây:
1/29/2012
59
Hội chứng liên quan đến Telomere
Thiếu máu Fanconi
1/29/2012
60
Liên quan đến hoạt động của XRCC5 hoặc DNA-dependent protein kinase catalytic
subunit (DNA-PKcs)
Hội chứng ATM
Các căn bệnh liên quan :
Suy tim
Nhiễm trùng
Hao mòn đường tiêu hóa (viêm loét)
Vô sinh
Giảm khả năng tồn tại của các tế bào gốc;
Giảm tiềm năng phát sinh mạch, dễ tổn thương và giảm khối lượng cơ thể.
1/29/2012
61
Điều trị
Khả năng điều trị của các chiến lược được dựa trên sự kích hoạt tạm thời telomerase.
Các tác nhân trị liệu có thể được thiết kế để làm điều này sẽ ưu tiên nhắm vào mục tiêu là các loại tế bào không phân chia bình thường để duy trì cân bằng nội môi.
ví dụ như: tế bào gốc , mặc dù telomerase thành thục, telomerase không có đủ khả năng hoạt động để duy trì độ dài tối đa của telomere qua thời gian.
1/29/2012
62
Phương pháp điều trị
Sự kích hoạt telomerase có thể ngăn cản sự rút ngắn telomere và liên quan các bệnh trong các hội chứng lão hóa sớm được đặc trưng bởi một tốc độ nhanh hơn sự mất telomere, cũng như các bệnh liên quan đến tuổi.
Về vấn đề này, cả sự thiếu hụt chiều dài telomere và sự thiếu sót sửa chữa AND là đặc trưng của hội chứng breakage Nijmegen có thể được sử chữa bởi sự có mặt đồng thời của NBS1 và đơn vị telomerase TERT trong môi trường tế bào .
Tương tự, kích hoạt telomerase trong các tế bào hội chứng Blomm Werner có thể sửa chữa các telomere ngắn và kéo dài tuổi thọ của các tế bào .
1/29/2012
63
Bảng 1 | Thành phần của telomere ở động vật và vai trò của chúng với bệnh của con người.
1/29/2012
64
1/29/2012
65
Cơ chế gây ung thư liên quan đến Telomere.
Do tế bào có nhiều enzyme telomerease hoạt động làm tế bào có khả năng phân chia vô hạn gây bệnh ung thư.
Hoạt động của telomerase tìm thấy chiếm khoảng 90% khối u ở người .
Telomerase không phải là nguyên nhân gây nên ung thư , nó chỉ cho phép tế bào ung thư sinh sản ; những tế bào này đã kích hoạt telomerase và cho phép duy trì độ dài của telomere. Tế bào ung thư có thể kích hoạt telomerease vượt qua trạm kiểm soát G1-S .
Khoảng 30% khối u ở người là do gene mã hóa cho hTERT được khuyếch đại (telomerase hoạt động mạnh)
1/29/2012
66
Điểm kiểm soát G1- S trong chu kỳ tế bào.
1/29/2012
67
Thí nghiệm ở chuột
Những con chuột bị loại bỏ telomerase là công cụ để kiểm định chi tiết các giả thiết về vai trò của telomerase và telomere trong di truyền các khối u.
Những mô hinh này đã chứng minh rằng các đoạn telomere ngắn, không bị tác động của telomerase, có chức năng ức chế sự tăng trưởng các khối u, cùng với tăng cường điều hòa P53 Tương tự , ung thư di truyền (tumorigenesis) cũng có ở những con chuột đồng thời thiếu cả telomerase và các gen kìm hãm khối u khác p53- chẳng hạn như p19ARF ,p16 hoặc APC .
1/29/2012
68
Thí nghiệm ở chuột
Hiện tượng telomere ngắn ngăn cản chất sinh ung thư ngay cả khi không có đường hướng ức chế các khối u
Một trường hợp ngoại lệ, các telomere ngắn hay bị thiếu, ở những con chuột dị hợp tử p53 dẫn tới phát triển số lượng các khối u biểu mô với độ bất ổn NST cao , một lần nữa chỉ ra rằng p53 đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các hậu quả của do sự ngắn đi của telomere
1/29/2012
69
1/29/2012
70
Phương pháp điều trị ung thư
Nguyên nhân là tích trữ nhiều enzym telomerase cũng như chiều dài các telomere quá lớn nên một ý tưởng điều trị căn bệnh này là xóa bỏ bớt các telomerase kết hợp với việc nghiên cứu, phát minh và sử dụng các vaccin chống lại sự hoạt động thái quá của loại enzym này.
1/29/2012
71
1/29/2012
72
- Telomere là một vùng DNA lặp lại ở mức độ cao tại vùng cuối của một NST, mang ít gene, được đặt liền kề với khu vực subtelomeric mang nhiều gene hơn.
Telomerase là một phức hợp ribonucleoprotein có chức năng duy trì các telomere của NST.
Hoạt động của Telomerase ở các loại tế bào khác nhau là không giống nhau
+ tế bào gốc có enzyme telomerase hoạt động mạnh.
+Telomerase trong tế bào xoma không hoạt động hoặc hoạt động rất ít.
+ tế bào ung thư cũng có telomerase hoạt động mạnh.
.
C. KẾT LUẬN
- Một ý tưởng điều trị căn bệnh ung thư là xóa bỏ bớt các telomerase kết hợp với việc nghiên cứu, phát minh và sử dụng các vaccin chống lại sự hoạt động thái quá của loại enzym này.
- Khả năng điều trị hội lão hóa sớm được dựa trên sự kích hoạt tạm thời telomerase.
1/29/2012
73
Tài liệu tham khảo
TELOMERES AND HUMAN DISEASE:
AGEING, CANCER AND BEYOND, www.nature.com/reviews/genetics, 612 | AUGUST 2005 | VOLUME 6.
Giáo trình sinh học phân tử 1.
1/29/2012
74
1/29/2012
75
Thank you for
your attention!!!
1
Good morning!
Have a nice day!
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Sinh học phân tử
Telomere và Telomerase
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Bách
1/29/2012
3
1/29/2012
1/29/2012
4
5
Mất 1 đoạn DNA ở đầu tận cùng
sau khi nhân đôi
Già trước tuổi
Ung thư
ohohoh…ah
Telomere và Telomerase
1/29/2012
6
Telomere là gì?
Sự liên quan của telomerase với bệnh ung thư và lão hóa
Hoạt động của Telomerase ở các loại tế bào khác nhau( tế bào gốc, tế bào soma, tế bào ung thư)
Cơ chế hoạt động của enzyme Telomerase?
Sẽ được giải đáp trong tiểu luận này.
1/29/2012
B. Nội dung
7
1/29/2012
8
1/29/2012
2.1 Lịch sử nghiên cứu:
9
Telomere
1/29/2012
Quan điểm hiện đại về telomere và telomerase có từ các thí nghiệm thực hiện trong những năm 1930 bởi hai nhà di truyền học:
10
Barbara McClintock-
Đại học Missouri
Hermann J. Muller-
Đại học Edinburgh.
1/29/2012
Tuy nhiên mãi đến những năm 1970 quan điểm chính xác ve telomere mới được xác định.
Năm 1978, nhà khoa học E. Blackburn và G. Joseph Gall - Đại học Yale, phát hiện ra telomere ở Tetrahymena, một sinh vật đơn bào, chứa một trình tự lặp lại rất ngắn và đơn giản là TTGGGG.
1988- Moyzis đã tìm ra trình tự của Telomere ở người và xác định gồm 6bp lặp lại: (TTAGGG)n.
11
2.1.1 Lịch sử nghiên cứu telomere
1/29/2012
Enzyme telomerase là đối tượng của quan tâm của rất nhiều nhà khoa học.
Năm 1984, hai nhà khoa học, làm việc trong phòng thí nghiệm của Blackburn tại Berkeley, đặt ra giả định telomere kéo dài là do có sự tồn tại của enzyme telomerase.
1985- Carol Greider đã khám phá ra Telomerase, enzyme hoạt động để tổng hợp các đoạn lặp lại Telomeric trong Tetrahymena.
12
1/29/2012
Ngày 5/10/2009, Giải Nobel y học năm 2009 đã được trao cho ba nhà khoa học Mỹ với công trình phát hiện và giải mã vai trò bảo vệ ADN của telomere và telomerase và quá trình lão hóa tế bào.
13
GS. Elizabeth H. Blackburn
( người Mỹ)
GS. Carol W. Greider (người Mỹ)
GS. Jack W. Szostak
(người Mỹ
1/29/2012
- Muller đã đưa ra định nghĩa telomere theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là ‘ kết thúc’ (telo) và ‘phần’ (meros)
- Telomere là một vùng DNA lặp lại ở mức độ cao tại vùng cuối của một NST, mang ít gene, được đặt liền kề với khu vực subtelomeric mang nhiều gene hơn.
14
1/29/2012
Telomere bao gồm các tiểu đơn vị telomeric TTAGGG ngắn và lặp đi lặp lại.
Trong đó có một trình tự lặp lại duy nhất là:
... TTGGGGTTGGGTTGGGTTGGGGTT3 ‘
... AACCCCAACCCC5‘
15
2.2.1 Khái niệm telomere
Thường thì đầu cuối của Telomere không phải là đầu bằng mà là đầu nhô ra 3’– G.
1/29/2012
16
Ngay sau vùng lặp lại TTAGGG thì có một đoạn gồm150-200 nucleotide giàu G nhô ra ở đầu sợi 3’.
- Phần sợi nhô -G có thể gấp lại và liên kết với vùng sợi kép của đoạn lặp TTAGGG để tạo thành một vòng telomere lớn được gọi là T loop và D- loop ( Displacement – loop ) ở đầu tận cùng của NST, phản ứng tạo cặp được xúc tác bởi TRF2.
một cơ chế cơ bản trong sự bảo vệ đầu cuối nhiễm sắc thể và giới hạn điểm bám của Telomerase.
1/29/2012
Cấu trúc T-loop và D-loop.
17
1/29/2012
18
Để tránh mất vật liệu di truyền sau mỗi lần tái bản, Telomere cần phải kết hợp với một số protein để hình thành nên mũ bảo vệ.
Cấu trúc của mũ bảo vệ: Gồm các protein là TRF1 , TRF2, WRN .. Chúng liên kết với nhau và bọc lấy những trình tự lặp lại ở Telomere, ẩn đầu cheo 3’- đoạn này dài khoảng 100bp.
1/29/2012
Phức hợp TRF2
Phức hợp TRF1
19
1/29/2012
3.1 Thành phần của các protein trong phức hợp Shelterin- Protein liên kết với Telomere.
20
1/29/2012
Telomere có liên kết với các protein bám đặc hiệu tạo thành các protein trong phức hợp Shelterin.
21
1/29/2012
4. Cấu trúc ở cấp độ NST của Telomere.
Telomere liên kết với nucleosome - bao gồm các histone được cải biến đặc trưng ở vùng dị nhiễm sắc.
22
1/29/2012
5. Sự điều hòa Epigenetic của Telomere NST
1/29/2012
23
Các yếu tố liên quan đến sự điều hòa Telomere.
Các cải biến ở đầu tận cùng của nhiễm sắc có thể liên quan đến kiểm soát chiều dài telomere.
Thật vậy, những con chuột thiếu cả hai SUV39H1 và SUV39H2 HMTases và giảm trimethylation H3-K9, tăng mono-methyl hóa H3-K9, và mất HP1 liên kết tại các telomere dẫn đến việc dài ra bất thường của telomere và thay đổi yếu tố bám TRF1.
Tương tự như vậy, sự mất đi của họ protein RB-dẫn đến sự dài ra bất thường của telomere.
1/29/2012
24
Các yếu tố liên quan đến sự điều hòa Telomere.
Thay đổi cấu trúc telomere và chiều dài telomere bất thường có thể ảnh hưởng đến sự câm phiên mã của các gen đặt tại các khu vực lân cận các tiểu telomeric. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng vị trí telomere xảy ra trong nấm men, động vật có vú ảnh hưởng sâu sắc đến biểu hiện gen.
Tuy vậy, các tác nhân làm thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, chẳng hạn như trichostatin chất ức chế histone deacetylase A, làm tăng sự biểu hiện của các gen nằm gần telomeres có lẽ thông qua việc cảm ứng sự không kết đặc của nhiễm sắc .
1/29/2012
25
Các yếu tố liên quan đến sự điều hòa Telomere.
- Có thể phục hồi chiều dài telomere trong các động vật nhân bản là hệ quả của lỗi ở các epigenetic, đặc biệt là khi cải biến epigenetic không trung thành trong dòng nhân bản.
- Tương tự như vậy, hội chứng ở người được đặc trưng bởi sự khuyết epigenetic, chẳng hạn như hội chứng Rett, cũng có thể được đặc trưng bởi sự điều hòa chiều dài bất thường telomere.
Điều này có thể đóng góp cho việc chẩn đoán các bệnh mặc dù khả năng này vẫn chưa được khám phá.
1/29/2012
26
5. Sự điều hòa Epigenetic của Telomere NST
1/29/2012
27
1/29/2012
28
1.Tại sao lại cần có sự hoạt động của enzyme này?
- Sau quá trình nhân đôi , 1 sợi DNA sẽ bị thiếu mất một vài cặp nucleotide ở đầu sợi DNA mới- mất ở đầu Telomere.
- Hậu quả phá hủy cấu trúc Telomere, gây rối loạn chức năng của nhiễm sắc thể. Các nhiễm sắc thể kết dính vào nhau , hoặc trao đổi chéo với tần số cao, tạo ra những NST khuyết tật. Các hoạt động sống của tế bào bị rối loạn, tuổi thọ của tế bào giảm.
1/29/2012
29
Hiện tượng ngắn đi cuả Telomere
1/29/2012
30
Vậy thì làm thế nào đây???
Telomerase !!!!
1/29/2012
31
-Telomerase là một phức hợp ribonucleoprotein có chức năng duy trì các telomere của NST.
32
1/29/2012
Telomerase có enzyme sao chép ngược, mã hóa bởi gen Tert, nhận biết nhóm 3`-OH một cách đặc biệt ở đầu cuối vùng nhô ra- G. Để kéo dài telomere bằng cách mở rộng từ nhóm này sử dụng một phân tử RNA, được mã hóa bởi gen (telomerase RNA thành phần) Terc, làm khuôn.
33
1/29/2012
- Các nghiên cứu về phức hợp enzyme telomerase đã cho thấy sự hiện diện của hai tiểu đơn vị lớn đóng góp vào hoạt động enzyme:
+ một thành phần cấu trúc RNA (hTER) có chứa một khu vực liên kết TTAGGG lặp đi lặp lại trong telomere .
+ một tiểu đơn vị liên kết với enzyme sao chép ngược hTERT
Khi trộn hTERT tinh khiết và HTER thì có thể tái thiết lại hoạt động của telomerase trong ống nghiệm (Masutomi et al, 2000).
34
1/29/2012
2.Cơ chế hoạt động của enzyme Telomerase.
Đối với đầu telome có nhiều C thì một mẫu mồi được tổng hợp theo mẫu đầu telome có nhiều G rồi ADN polymerase sẽ kéo dài mồi ấy,chiếm hết chỗ từ đầu mồi tới đầu 5’ của sợi ADN không có telome.
Sau đó một ligase sẽ gắn đầu 5’ với đầu 3’ của phần telome nằm ở sợi đối, gập lại như hình kẹp tóc.
1/29/2012
35
2.Cơ chế hoạt động của enzyme Telomerase
Telomerase tới đầu 3’ tận cùng của chuỗi ADN để kéo dài đầu ấy ra sử dung ngay mấu mồi nội tại của nó.
Nó sẽ dịch dần để tổng hợp đoạn telome có nhiều G vừa bổ sung và ngược chiều với trình tự của mồi nội tại.
Telomerase lại dịch đi để tiếp tục kéo dài đoạn ADN telomere .
Còn đối với đầu telomere có nhiều C thì một mẫu mồi được tổng hợp theo mẫu đầu telome có nhiều G rồi ADN polymerase sẽ kéo dài mồi ấy, đủ để chiếm hết chố từ đầu mồi tới đầu 5’ của sợi ADN không có telomere.
Sau đó một ligase sẽ gắn đầu 5’ với đầu 3’ của phần telomere nằm ở sợi đối, gập lại như hình kẹp tóc.
36
1/29/2012
3. Sư khác biệt về hoạt động telomerase ở các loại tế bào soma, tế bào gốc và tế bào ung thư.
1/29/2012
37
3.3 Tế bào Soma
3.1-Tế bào Gốc
a) Khái niệm:
Tế bào gốc là tế bào nền móng của tất cả các tế bào, mô và cơ quan trong cơ thể.
1/29/2012
38
b- tóm tắt về tế bào gốc
Về cơ bản, mọi tế bào trong cơ thể người đều có nguồn gốc từ trứng đã thụ tinh (còn được gọi là hợp tử) – chính là sự kết hợp giữa tinh trùng và trứng.
1/29/2012
39
- Từ tế bào gốc sẽ thành tế bào mô (tế bào soma) và cơ quan qua nhiều lần phân chia và biệt hóa.
Vì vậy có thể nói tế bào gốc có cấu tạo hoàn chỉnh nhất gần như không có lỗi trong cấu trúc gene, nên telomere trong tế bào gốc có cấu tạo cũng hoàn chỉnh nhất và dài nhất.
1/29/2012
40
c) Kết luận về tế bào gốc:
- Tế bào gốc có cấu tạo hoàn chỉnh nhất trong cơ thể.
- Telomere trong tế bào gốc có cấu tạo cũng hoàn chỉnh nhất và dài nhất.
- Có enzym telomerase hoạt động mạnh nhất.
1/29/2012
41
3.2 Tế bào mầm( Germ cell)
Tế bào mầm có mức độ cao hoạt động của telomerase tăng sinh nhanh chóng. Mặc dù sự hoạt động của telomerase giảm đi khi không phát sinh tinh trùng và trứng, nhưng nó kích hoạt mạnh sau khi thụ tinh và duy trong các tế bào mầm cho thế hệ sau.
1/29/2012
42
2-Tế bào xoma
Khái niệm:
- Tế bào soma là tất cả các tế bào trong cơ thế sinh vật trừ tế bào gốc.
-Trong tiếng Hy Lạp “soma” có nghĩa là “cơ thể”.
1/29/2012
43
b) Tóm tắt về tế bào xoma
- Trong hầu hết các tế bào xoma của người ngoại trừ các tế bào gốc và tế bào lympho, hoạt động của telomerase bị giảm dẫn đến chiều dài telomere ngắn dần trong quá trình phân chia tế bào. Quá trình tái tạo,bổ sung telomere chậm hơn quá trình ngắn đi nên tế bào soma sẽ dần dần bị lão hóa và chết.
1/29/2012
44
c) Kết luận về tế bào soma
- Telomere của tế bào soma ngắn hơn telomere của tế bào gốc.
- Telomerase trong tế bào soma không hoạt động hoặc hoạt động rất ít.
- Tế bào soma sẽ ngừng phân chia và lão hóa khi telomere quá ngắn.
1/29/2012
45
3- Tế bào ung thư
a) Khái niệm:
- Ung thư là một nhóm các loại bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một cách vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa.
1/29/2012
46
Video về ung thư.
47
1/29/2012
b) Tóm tắt về tế bào ung thư
- Tế bào ung thư trẻ mãi không già do:
Các chuỗi ADN lặp lại (hay telomere) bao phủ đầu của nhiễm sắc thể. Telomere đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc và sự ổn định của nhiễm sắc thể khi chúng phân chia và sao chép trong suốt thời kỳ sinh trưởng của tế bào.
Khi tế bào tăng trưởng và phân chia nhiều lần, các telomere này ngắn lại cho tới khi chúng gây ra tiến trình lão hoá của tế bào và tế bào chết đi. Tuy nhiên, trong các khối u, tiến trình lão hoá tự nhiên này bị phong toả bằng một cách nào đó và tế bào ung thư tăng trưởng và phân chia tràn lan.
1/29/2012
48
c) Kết luận về tế bào ung thư
Khi tế bào ung thư hình thành nó phân chia nhanh hơn và telomere trở nên rất ngắn (khoảng 2.8kb) và để thoát khỏi cái chết ,tế bào ung thư sẽ kích hoạt enzyme khôi phục telomere là telomerase ngăn cản sự ngắn hơn nữa của telomere.
1/29/2012
49
Chiều dài telomere, hoạt động telomerease trong tế bào gốc, tế bào soma, tế bào ung thư
1/29/2012
50
51
1/29/2012
Telomere của tế bào soma ngắn hơn tế bào gốc, thông thường telomere trong tế bào gốc của người dài từ 2kb đến 20kb tùy theo tuối tác mô cơ quan và tế bào.telomere của tế bào xoma sẽ ngắn dần trong quá trình phân chia.
Chiều dài telomere trong tế bào soma là không giống nhau, từ 5 đến 20 kbở người theo tuổi tác, cơ quan, và lịch sử phát triển của mỗi tế bào ( Wright và Shay, 2005)
Telomerase không hoạt động hoặc hoạt động rất ít trong tế soma, quá trình tái tạo, bổ sung telomere chậm hơn quá trình ngắn đi nên tế bào xoma sẽ dần dần bị lão hóa và chết.
1/29/2012
52
4 – Kết luận
Telomere của tế bào gốc có cấu tạo hoàn chỉnh nhất và dài nhất, có enzyme telomerase hoạt động mạnh.
Telomere của tế bào soma ngắn hơn tế bào gốc và sẽ ngắn hơn nữa trong các lần phân chia sau cho đến khi lão hóa và chết.
Telomere của tế bào ung thư rất ngắn nhưng sẽ duy trì nhờ enzyme telomerase trong các lần phân chia tiếp theo -“bất tử”.
1/29/2012
53
1/29/2012
54
1 Lão hóa
Lão hóa (tiếng Anh: senescence, xuất phát từ senex trong tiếng Latin có nghĩa là "người già" hay "tuổi già") là trạng thái hay quá trình tạo nên tuổi tác già nua.
Nguyên nhân gây lão hóa được giải thích bằng nhiều thuyết khác nhau: thuyết di truyền, thuyết gốc tự do... Ngoài ra, hiện tượng lão hóa có liên quan đến đột biến gen còn gây hội chứng già trước tuổi hay liên quan đến tuổi thọ con người.
Theo thuyết di truyền thì con người có sẵn trong các tế bào của mình một chương trình - mang trong các "gen". Các gen hoạt động theo thứ tự, bất di bất dịch: sinh, lão, bệnh, tử.
1/29/2012
55
Các tế bào sinh vật bình thường sau một thời gian phát triển sẽ trở nên già bị lão hóa là quá trình tự chết “apoptosis”, quá trình này liên quan mật thiết đến chiều dài của telomere.
Thông thường tế bào người chết đi sau 40-60 chu kỳ sao chép
Mỗi lần sao chép tế bào thường mất khoảng 50-100 base.
1/29/2012
56
Telomere và sự lão hóa
Việc các telomere ngắn lại, nó làm tổn thương DNA dẫn đến ra sự bắt giữ tế bào, phản ứng chết hoại ‘apotosis’.
Sự mất mát này liên quan đến khả năng tồn tại của tế bào, nó góp phần khởi phát các bênh thoái hóa dẫn đến lão hóa.
1/29/2012
57
Hội chứng lão hóa sớm do sự Telomere ngắn quá mức
1/29/2012
58
Số người mắc hội chứng già hóa sớm cho thấy tốc độ rút ngắn telomere nhanh chóng.
Ví dụ các bệnh được liệt kê ở dưới đây:
1/29/2012
59
Hội chứng liên quan đến Telomere
Thiếu máu Fanconi
1/29/2012
60
Liên quan đến hoạt động của XRCC5 hoặc DNA-dependent protein kinase catalytic
subunit (DNA-PKcs)
Hội chứng ATM
Các căn bệnh liên quan :
Suy tim
Nhiễm trùng
Hao mòn đường tiêu hóa (viêm loét)
Vô sinh
Giảm khả năng tồn tại của các tế bào gốc;
Giảm tiềm năng phát sinh mạch, dễ tổn thương và giảm khối lượng cơ thể.
1/29/2012
61
Điều trị
Khả năng điều trị của các chiến lược được dựa trên sự kích hoạt tạm thời telomerase.
Các tác nhân trị liệu có thể được thiết kế để làm điều này sẽ ưu tiên nhắm vào mục tiêu là các loại tế bào không phân chia bình thường để duy trì cân bằng nội môi.
ví dụ như: tế bào gốc , mặc dù telomerase thành thục, telomerase không có đủ khả năng hoạt động để duy trì độ dài tối đa của telomere qua thời gian.
1/29/2012
62
Phương pháp điều trị
Sự kích hoạt telomerase có thể ngăn cản sự rút ngắn telomere và liên quan các bệnh trong các hội chứng lão hóa sớm được đặc trưng bởi một tốc độ nhanh hơn sự mất telomere, cũng như các bệnh liên quan đến tuổi.
Về vấn đề này, cả sự thiếu hụt chiều dài telomere và sự thiếu sót sửa chữa AND là đặc trưng của hội chứng breakage Nijmegen có thể được sử chữa bởi sự có mặt đồng thời của NBS1 và đơn vị telomerase TERT trong môi trường tế bào .
Tương tự, kích hoạt telomerase trong các tế bào hội chứng Blomm Werner có thể sửa chữa các telomere ngắn và kéo dài tuổi thọ của các tế bào .
1/29/2012
63
Bảng 1 | Thành phần của telomere ở động vật và vai trò của chúng với bệnh của con người.
1/29/2012
64
1/29/2012
65
Cơ chế gây ung thư liên quan đến Telomere.
Do tế bào có nhiều enzyme telomerease hoạt động làm tế bào có khả năng phân chia vô hạn gây bệnh ung thư.
Hoạt động của telomerase tìm thấy chiếm khoảng 90% khối u ở người .
Telomerase không phải là nguyên nhân gây nên ung thư , nó chỉ cho phép tế bào ung thư sinh sản ; những tế bào này đã kích hoạt telomerase và cho phép duy trì độ dài của telomere. Tế bào ung thư có thể kích hoạt telomerease vượt qua trạm kiểm soát G1-S .
Khoảng 30% khối u ở người là do gene mã hóa cho hTERT được khuyếch đại (telomerase hoạt động mạnh)
1/29/2012
66
Điểm kiểm soát G1- S trong chu kỳ tế bào.
1/29/2012
67
Thí nghiệm ở chuột
Những con chuột bị loại bỏ telomerase là công cụ để kiểm định chi tiết các giả thiết về vai trò của telomerase và telomere trong di truyền các khối u.
Những mô hinh này đã chứng minh rằng các đoạn telomere ngắn, không bị tác động của telomerase, có chức năng ức chế sự tăng trưởng các khối u, cùng với tăng cường điều hòa P53 Tương tự , ung thư di truyền (tumorigenesis) cũng có ở những con chuột đồng thời thiếu cả telomerase và các gen kìm hãm khối u khác p53- chẳng hạn như p19ARF ,p16 hoặc APC .
1/29/2012
68
Thí nghiệm ở chuột
Hiện tượng telomere ngắn ngăn cản chất sinh ung thư ngay cả khi không có đường hướng ức chế các khối u
Một trường hợp ngoại lệ, các telomere ngắn hay bị thiếu, ở những con chuột dị hợp tử p53 dẫn tới phát triển số lượng các khối u biểu mô với độ bất ổn NST cao , một lần nữa chỉ ra rằng p53 đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các hậu quả của do sự ngắn đi của telomere
1/29/2012
69
1/29/2012
70
Phương pháp điều trị ung thư
Nguyên nhân là tích trữ nhiều enzym telomerase cũng như chiều dài các telomere quá lớn nên một ý tưởng điều trị căn bệnh này là xóa bỏ bớt các telomerase kết hợp với việc nghiên cứu, phát minh và sử dụng các vaccin chống lại sự hoạt động thái quá của loại enzym này.
1/29/2012
71
1/29/2012
72
- Telomere là một vùng DNA lặp lại ở mức độ cao tại vùng cuối của một NST, mang ít gene, được đặt liền kề với khu vực subtelomeric mang nhiều gene hơn.
Telomerase là một phức hợp ribonucleoprotein có chức năng duy trì các telomere của NST.
Hoạt động của Telomerase ở các loại tế bào khác nhau là không giống nhau
+ tế bào gốc có enzyme telomerase hoạt động mạnh.
+Telomerase trong tế bào xoma không hoạt động hoặc hoạt động rất ít.
+ tế bào ung thư cũng có telomerase hoạt động mạnh.
.
C. KẾT LUẬN
- Một ý tưởng điều trị căn bệnh ung thư là xóa bỏ bớt các telomerase kết hợp với việc nghiên cứu, phát minh và sử dụng các vaccin chống lại sự hoạt động thái quá của loại enzym này.
- Khả năng điều trị hội lão hóa sớm được dựa trên sự kích hoạt tạm thời telomerase.
1/29/2012
73
Tài liệu tham khảo
TELOMERES AND HUMAN DISEASE:
AGEING, CANCER AND BEYOND, www.nature.com/reviews/genetics, 612 | AUGUST 2005 | VOLUME 6.
Giáo trình sinh học phân tử 1.
1/29/2012
74
1/29/2012
75
Thank you for
your attention!!!
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Vũ Thị Thắm
Dung lượng: |
Lượt tài: 1
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)