YẾU TỐ ALU TRONG NGHIÊN CỨU SINH HỌC NGƯỜI

Alu trong nghiên cứu sinh học người

Nội dung chính

I. Mở đầu
II. Nội dung chính
Định nghĩa và nguồn gốc
Cấu trúc của alu
Cách di chuyển của alu
Ứng dụng nghiên cứu alu
Phân loại alu
Mở đầu

Trong genom của người gen chỉ chiếm 1% còn lại là các trình tự khác .
Yếu tố nhảy chiếm 45%
Alu chiếm 10%
Trong genom có hơn 1 triệu bản sao yếu tố alu


II. Nội dung chính

Định nghĩa : alu là nhưng đoạn lặp ngắn trong hệ gen của người. Chúng có chiều dài khoảng 300 bp. Chúng được nhận biết và cắt giới hạn bởi enzyme Alu I.
Nguồn gốc : chúng có cái tên alu là do trình tự lặp đó được nhận biết và cắt giới hạn bởi 1 enzyme được phân lập từ vi khuẩn Arthrobacter Luteus
Cấu trúc của alu
Cấu trúc mỗi Alu gồm có 2 phần:phía 5’ gọi là L-alu(left alu), phía 3’ là R-alu(right alu)
L-alu và R-alu được nối với nhau bởi một vùng giàu A(A-rich linker) ở giữa , tận cùng phía 3’ có 1 đuôi poly A
Mỗi alu đều chứa một trình tự nhân biết của ARN pol III. Đó la box A và box B
Cách di chuyển của alu
Đầu tiên các yếu tố Alu được phiên mã thành mRNA bởi RNA pol III.
Sau đó mRNA làm khuôn tổng hợp thành một phân tử DNA bởi enzyme reverse transcriptase.
Cuối cùng bản sao DNA của yếu tố Alu được chèn vào vị trí mới trong genome.
Alu được phiên mã tạo ra ARN alu
Tổng hợp nên phân tử AND nhờ enzyme reverse transcriptase.

Bản thân alu không có trình tự mã hóa cho enzyme này
Enzyme này được mã hóa bởi 1 trình tự có tên L1 (Long INterspersed Element 1)
L1 dài khoảng 6000 bp và gồm 2 vùng không dịch mã và 2 khung đọc.

Hình ảnh của L1
Tổng hợp nên phân tử AND nhờ enzyme reverse transcriptase
Đầu tiên ADN được cắt tại trình tự AATTTT hình thành liên kết H giữa đuôi poly A và đoạn TTTT có trong trình tự của ADN

Tổng hợp nên phân tử AND nhờ enzyme reverse transcriptase
Enzyme L1 rt (Long INterspersed Element 1 reverse transcriptase ) hoạt động tạo ra phân tử ADN
Đoạn alu mới được trèn vào hệ gen
Đoạn alu được nối vào đầu 5’ của đoạn ADN tao nên 1 đoạn alu mới

ứng dụng của nghiên cứu alu trong SH người
Nghiên cứu alu có thể ứng dụng trong nghiên cứu các bệnh di truyền ở người
Alu là một yếu tố được để xác định nguồn gốc tiến hóa của các loài linh trưởng
Alu và các bệnh di truyền
Sự trèn các alu vào cấu trúc của gen dẫn đến phá vỡ cấu trúc bình thường của gen dẫn đến các bệnh di truyền như uxơ thần kinh , loãng máu , ung thư buồng trứng …
Các khối u này được di truyền ổn định trong các dòng tế bào soma.

Alu và các bệnh di truyền
Alu và các bệnh di truyền
Alu có thể ảnh hưởng gián tiếp tới hoat động của gen thông qua việc thay đổi trạng thái methyl hóa của promoter bằng cách phá vỡ các promoter của gen hay làm thay đổi trình tự của vùng điều hòa
Alu có thể được trèn vào các đoạn intron giữa 2 gen tạo nên 1 gen mới

Ví dụ : cách đây 2,8 tr năm bằng cơ chế này đã tạo ra 1 gen quy định tổng hợp n-acetylneuramic acid có tác dụng trong việc mở rộng não người . Trong trường hợp khác có thể gây ra các bệnh về di truyền
Alu và tiến hóa
Alu đươc nhân lên với tần số khoảng 200 thế hệ sẽ có thêm môt bản sao (8). từ cơ sở đó có thể đoán được khoảng thời gian xuất hiện của 1 loài nào đó .
Các phân họ alu xuất hiện vào những thời điểm khác nhau . sự xuất hiện loài mới luôn gắn với sự xuất hiện 1 phân họ alu mới . phân tích thành phần các loại alu và số lượng bản copies cho ta cơ sở xây dựng nhánh cây tiến hóa của các loài linh trưởng
Alu và tiến hóa
Hình trên cho thấy sư xuất hiên của alu Y với hơn 200,000 bản copies là đặc trưng của human , chimpanze , gorilla , orangutan , green monkey. 2,640 bản ya5 và 1,852 bản yb8 là đăc trưng của human , chimpanzee , gorilla.
Một thành viên của họ alu được tìm thấy trên cánh dài của nhiễm sắc thể Y
So sánh hình dạng cho thấy YAP thuộc PSF3
YAP đã được nghien cứu ở 14 quần thể khác nhau và thấy được sự không đồng nhất về tần số YAP ở các quần thể khác nhau .
Một thành viên của họ alu được tìm thấy trên cánh dài của nhiễm sắc thể Y
1991;perna et al 1992 ) ngày nay sự phân bố và tần số các yếu tố alu đã được nghiên cứu ở 14 quần thể người
Điều này giúp ta xác đinh được 1 cá thể thuộc quần thể nào trong các quần thể đã được nghiên cứu góp phần vào nghiên cứu hình sự trong nhận dạng và khoanh vùng đối tương nghi vấn
Một thành viên của họ alu được tìm thấy trên cánh dài của nhiễm sắc thể Y
Alu trong nghiên cứu sinh học quần thể người
Gần đây đã tìm được một phân họ của Alu đặc trưng cho con người (HS) Các nhà khoa học đã dùng phản ứng PCR để phát hiện sự chèn đa hình của Alu HS và tìm ra sự dy truyền của mỗi quần thể cũng như dự đoán tư cách làm cha (5)
Alu trong nghiên cứu sinh học quần thể người
Alu trong nghiên cứu sinh học quần thể người
- Phần A ở đầu minh họa: một yếu tố Alu chèn và kích thước của sản phẩm chèn là 490bp.
- Phần B là đoạn DNA có một mạch được chèn và một mạch không được chèn. Mạch được chèn có kích thước 490bp và mạch không được chèn kích thước 190bp.
- Cuối cùng là hình ảnh của DNA không được chèn yếu tố Alu, 2 mạch của nó có kích thước là 190bp.
Alu trong nghiên cứu sinh học quần thể người
- Phân tích quần thể:
Có khoảng 81 cá thể từ 3 quần thể được kiểm tra. Tần số alen và dị hợp tử được chỉ trong hình sau:
Alu trong nghiên cứu sinh học quần thể người
Loại trừ các APO có yếu tố Alu chèn trong quần thể Chimila, Zuni, tất cả các locus đều là đa hình trong 3 quần thể nghiên cứu. Tần số chèn
Alu trong của các locus và nghiên cứu quần thể người đã được chỉ ra ở hình trên.
Alu trong nghiên cứu sinh học quần thể người
Alu trong nghiên cứu sinh học quần thể người
- Phân tích phả hệ
Để xác định khả năng làm cha của một gia đình đại diện trong phả hệ,
DNA dấu vân tay của mẹ, con cái và cha được so sánh.
Đối với các phân tích RFLP, các băng của cha và của mẹ được so sánh với hồ sơ các trẻ em. Tất cả các băng không phải thuộc về mẹ của dấu vân tay đứa trẻ sẽ có mặt ở người cha.
Phân loại alu
Trong tất cả các yếu tố alu đã được tìm ra thì 5% trong số đó là hiện tượng đa hình
Năm 1988, trình tự Alu được chia thành 2 nhóm chính là AluS và AluJ cùng rất nhiều phân họ khác
. Sau đó, một phân lớp của AluS chứa các yếu tố hoạt động được đặt tên là AluY
Số lượng bản sao của phân lớp Alu mới, chèn liên kết gây bệnh và các loại đa hình
* ND: không xác định
* + - là tần số yếu tố đa hình được tìm thấy.
* + là tỷ lệ phần trăm các yếu tố thấp.
* ++ , 50% là các yếu tố đa hình
* +++, hầu hết là các yếu tố đồng hình
Biểu đồ về số lượng bản copies của hơn 50 phân họ alu ở người
Phương pháp nghiên cứu Alu
Phương pháp
- Từ mẫu máu hoặc tóc ta tách được DNA tổng số (thường là từ mẫu máu).
- PCR với cặp mồi ACE-F và ACE-R. Bởi mỗi quần thể khác nhau có các locus chèn Alu khác nhau. Nhưng với nhóm người Châu Á là: ACE; TPA 25; N92; FXIIIB. Trong trường hợp này là ta nghiên cứu với người Châu Á nên sử dụng cặp mồi ACE-F và ACE-R.
- Điện di trên gel Agarose 2%.
- Từ kết quả điện di tính được tần số alen, mức độ đa dạng của gen…
Phương pháp nghiên cứu Alu
Kết quả thu được là bản điện di:
Phương pháp nghiên cứu Alu
Mỗi NST chứa đoạn chèn Alu khi chạy PCR xong sẽ có chiều dài là 941bp, không có thì sẽ dài 641bp.
Nếu là chèn dị hợp thì chiều dài một chiếc là 941bp, chiếc còn lại là 641bp.
Phương pháp nghiên cứu Alu
Mẫu 2 và 6 có Alu chèn đồng hình nên chỉ có một vạch băng dài 941bp.
Mẫu 3,5,8 không có yếu tố chèn Alu và chiều dài là 641bp
Mẫu 4 và 7 có sự chèn dị hợp Alu và chiều dài của mỗi băng là 941 và 641bp. (6)
Tài liệu tham khảo
1: Hoàng Huỳnh Thuỳ Dương. 1997. Sinh học phân tử. Trang 137. NXB Giáo Dục.
2: 1-800-EDVOTEK • www.edvotek.com, EDVO-Kit # 333 PCR-based Alu-Human DNA Typing.page 5. 2001,2002,2003.
3: Mark A. Batzer and Prescott L.Deininger. ALU REPEATS AND HUMAN GENOMIC DIVERSITY. Page 170-171. May 2002.
4: Michael F. Hammer. A Recent Insertion of an Alu Element on the Y Chromosome Is a Useful .749 – 760.2000
5 : G. E. Novick et al . Marker for Human Population Studies. 1596 – 1601. 1995
6: Lab of USA. Analysis of the Amplified Alu Sequence from the PV92 Region of Chromosome 16 . 109 – 115. 2004
Tài liệu tham khảo
7: Deininger, P. L. & Daniels, G. R. The recent evolution of mammalian repetitive DNA elements. Trends Genet.2, 76–80 (1986)
8: Ullu, E. & Tschudi, C. Alu sequences are processed 7SL RNA genes. Nature312, 171–172 (1984). Shedlock, A. M. & Okada, N. SINE insertions: powerful tools for molecular systematics. Bioessays22, 148–160 (2000).
9: http://www.dnalc.org/ddnalc/resources/alu.html
10: en.wikipelia.org
11: Deininger and Batzer 1999 Mol Genetics and Metabolism


Và các nguồn tài liệu khác

Chân thành cảm ơn !