Sự khác biệt chính giữa quá trình methyl hóa DNA và sự acetyl hóa histone là sự methyl hóa DNA dẫn đến các gốc DNA bị methyl hóa dẫn đến bất hoạt gen, trong khi quá trình acetyl hóa histone là sự sửa đổi các protein histone liên kết với cấu trúc nucleosome.
Sửa đổi biểu sinh là những sửa đổi dẫn đến điều hòa biểu hiện gen mà không gây ra bất kỳ thay đổi nào đối với trình tự gốc của DNA. Về vấn đề này, hai biến đổi hóa học chính, quá trình methyl hóa DNA và biến đổi histone, diễn ra để gây ra những thay đổi định hướng trong DNA, dẫn đến kích hoạt hoặc bất hoạt biểu hiện gen.
DNA Methyl hóa là gì?
Metyl hóa DNA là một biến đổi biểu sinh chính diễn ra trong tế bào. Nó làm thay đổi hoặc điều chỉnh sự biểu hiện của gen. Trong hiện tượng này, các gốc DNA được methyl hóa với sự trợ giúp của các methyl transferase. Các nhóm metyl được chuyển từ S-adenosyl methionin. Sự methyl hóa ngẫu nhiên của các base DNA dẫn đến sự bất hoạt của biểu hiện gen. Khi quá trình methyl hóa DNA diễn ra ở các vùng điều hòa của DNA như trình tự promoter, đảo CpG, các yếu tố điều hòa gần và xa, các trình tự này bị biến đổi, dẫn đến mất chức năng của các vùng điều hòa đó. Kết quả là, các yếu tố phiên mã sẽ không liên kết như mong đợi, và quá trình bất hoạt hoặc giảm điều hòa biểu hiện gen ở cấp độ phiên mã sẽ diễn ra. Hơn nữa, những sửa đổi DNA này cũng sẽ làm giảm ái lực của RNA polymerase để duy trì ổn định trong quá trình phiên mã.
Hình 01: Sự methyl hóa DNA
Sự methyl hóa DNA hoặc siêu methyl hóa các vùng DNA cũng dẫn đến in dấu bộ gen, đây là một quá trình quan trọng trong việc làm câm lặng các gen đã chọn như một phương pháp điều chỉnh sự biểu hiện của các gen. Đột biến kích hoạt quá trình methyl hóa DNA trong gen. Các yếu tố môi trường, căng thẳng, chế độ ăn uống, rượu và các yếu tố ngoại sinh khác cũng kích hoạt quá trình methyl hóa DNA. Ví dụ, một chế độ ăn uống kéo dài có chứa thành phần cao các chất cho methyl có thể dẫn đến quá trình kích hoạt quá trình methyl hóa DNA trong khi một chế độ ăn uống kéo dài có nồng độ rất thấp của các chất cho methyl có thể dẫn đến sự khử methyl của DNA.
Histone Acetylation là gì?
Sửa đổi histone là một loại sửa đổi biểu sinh khác gây ra sự điều hòa gen. Có nhiều biến đổi hóa học khác nhau diễn ra trên các protein histone khác nhau liên quan đến sự hình thành nucleosome trong quá trình tổ chức nhiễm sắc thể của sinh vật nhân thực. Những sửa đổi này bao gồm quá trình phosphoryl hóa, acetyl hóa, metyl hóa, glycosyl hóa và ubiquitination.
Hình 02: Quá trình acetyl hóa histone
Quá trình acetyl hóa histone được thực hiện qua trung gian của các enzyme acetyl transferase, acetylate hóa các gốc axit amin của các tiểu đơn vị histone khác nhau. Các gốc axit amin lysine của protein histone được acetyl hóa dễ dàng. Sau quá trình acetyl hóa, quá trình khử phản ứng xảy ra, tạo ra một cấu trúc mở hơn. Điều này sẽ cho phép DNA tiếp xúc nhiều hơn để kích hoạt phiên mã. Sự thay đổi định hướng này gây ra bởi sự mất bù cấu trúc nucleosome sẽ cho phép RNA polymerase và các yếu tố phiên mã được tuyển dụng dễ dàng để bắt đầu phiên mã. Ngược lại, khi quá trình khử histone diễn ra, cấu trúc nucleosome sẽ trải qua quá trình cô đặc, điều này sẽ ngăn cản sự kích hoạt của quá trình phiên mã.
Điểm giống nhau giữa quá trình methyl hóa DNA và quá trình acetyl hóa histone là gì?
- Cả hai đều là những sửa đổi biểu sinh diễn ra để điều chỉnh sự biểu hiện của gen.
- Cả hai chỉ diễn ra ở sinh vật nhân chuẩn.
- Hơn nữa, các biến đổi hóa học do hoạt động của enzym diễn ra trong cả hai trường hợp.
- Các yếu tố ngoại sinh như môi trường, căng thẳng, chế độ ăn uống và rượu bia điều chỉnh cả hai quá trình.
- Cả hai quá trình sẽ không dẫn đến bất kỳ sự thay đổi trình tự DNA nào.
- Những quá trình này diễn ra trong hạt nhân.
Sự khác biệt giữa quá trình methyl hóa DNA và quá trình acetyl hóa histone là gì?
Sự methyl hóa DNA và sự acetyl hóa histone đều là những biến đổi biểu sinh. Tuy nhiên, trong khi quá trình methyl hóa DNA diễn ra ở cấp độ DNA, thì sự acetyl hóa histone là một biến đổi cộng hóa trị diễn ra trong protein như một sự sửa đổi sau dịch mã của các protein histone. Vì vậy, đây là sự khác biệt chính giữa methyl hóa DNA và acetyl hóa histone. Sự methyl hóa DNA làm bất hoạt quá trình phiên mã đồng thời ức chế sự khởi đầu phiên mã và làm giảm tính ổn định của RNA. Ngược lại, quá trình acetyl hóa histone sẽ dẫn đến sự mất bù của nucleosome dẫn đến việc kích hoạt quá trình phiên mã.
Đồ họa thông tin dưới đây trình bày sự khác biệt giữa quá trình methyl hóa DNA và sự acetyl hóa histone ở dạng bảng để so sánh song song.
Tóm tắt - Quá trình methyl hóa DNA và quá trình acetyl hóa histone
Sửa đổi biểu sinh là điều cần thiết để mang lại nhiều sự đa dạng cho con đường biểu hiện gen bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh để đáp ứng với những biến động của môi trường. Sự methyl hóa DNA và sự acetyl hóa histone là hai loại cơ chế biểu sinh chính làm bất hoạt và kích hoạt sự biểu hiện gen, tương ứng. Mặc dù cả hai cơ chế không làm thay đổi trình tự của DNA, nhưng nó tham gia vào việc tạo ra những thay đổi định hướng của DNA, thúc đẩy hoặc ức chế sự biểu hiện của gen. Quá trình methyl hóa DNA dẫn đến việc biến đổi các base DNA bằng cách methyl hóa chúng. Ngược lại, acetyl hóa histone là acetyl hóa các gốc axit amin đã chọn, dẫn đến nhiễm sắc bị mất bù. Các cơ chế này được kích hoạt để đáp ứng với các kích thích và đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự biểu hiện của một gen cụ thể. Do đó, điều này tóm tắt sự khác biệt giữa methyl hóa DNA và acetyl hóa histone.
