OmicsOmics

Cá h thứ khá h đê đặt â hỏi i hCách thức khác nhau đê đặt câu hỏi sinhhọc:

Tư dươi lên (cô điên):- Phân tích chi tiết từng gen/protein TậpPhân tích chi tiết từng gen/protein. Tập

hợp dần dần kết quả đê có cái nhìn tổngthê vê các quá trình bên trong tê bào/ sinhthê vê các quá trình bên trong tê bào/ sinhvật.

T trên ông (hiên đai)Tư trên xuông (hiên đai) :- Phân tích toa n thê sinh vât.

High throughput screening and omics sciences

Các nga nh « omics » là gì?Các nganh « omics » là gì?

• “ome” đi tư “genome”, “chromosome”• Omics: sư hợp nhất giữa Sinh học va CNOmics: sư hợp nhất giữa Sinh học va CN

Thông tinN hiê ứ i h h t ê diệ ộ– Nghiên cứu sinh học trên diện rộng

– Lượng dư liệu lớn

Mưc đô phưc tạp tăng dâ nMưc đô phưc tạp tăng dân

• http://www uta edu/biology/mi• http://www.uta.edu/biology/michalak/classnotes/genomics/lect35.ppt

- Omics ?

Phương phap Phương phap

Tyers & Mann, Nature 422, (13), 2003, 193-197

Ngành omics phân tích các giaiđoạn:

• Graves, P.R. and Haystead, T.A.J., Micro Mol Biol Rev. Mar 2002 pp 39-63

Kỉ nguyên các ngành omicKỉ nguyên các ngành omic M đí h hiể t hứ ă i h hMục đích: hiểu trọn vẹn chức năng sinh học

của tê bào va sinh vậtểHướng phát triển:

• Genomic: Giải trình tư protein, ADN, ARN p , ,• Transcriptomics: hiểu quá trình điều hòa

phiên mã (công cụ: Microarray (vi dàn))phiên mã (công cụ: Microarray (vi dàn))• Proteomic: Hiểu chức năng sinh hóa của sản

phẩm của genphẩm của gen• Interactomic: Hiểu sư tương tác giữa chúng

Phương pha pPhương phap

• Chụp ảnh với đô nét cao, sư dụng cácphân tư đánh dấu cấu trúc phân tư p pdư đoán chức năng+tương tác của cácsản phẩm gensản phẩm gen

• Mô hình hóa cấu trúc các đại phân tư va ê ứ ê á íhê chức năng trên máy tính

Cuộc cách mạng ngành hệ gen họcKỉ nguyên hậu hệ gen họcKỉ nguyên hậu-hệ gen học

Cuộc cách mạng ngành hệ gen họcCuộc cách mạng ngành hệ gen học

• Mục đích: giải mã toàn bô trình tư hê gen ngườig

Tập hợp bản đô hê gen– Tập hợp bản đô hê gen– Phát triển bản đô vật ly của hê gen.

Cuộc cách mạng ngành hệ gen họcCuộc cách mạng ngành hệ gen học

Tậ h bả đô hê• Tập hợp bản đô hê gen– Vecto cosmid va pha lambda chèn các mảnh ADN

lớn• Xây dựng bản đô vật ly hê gen

– Các chỉ thi đồng bô , chuẩn hóa– Enzym cắt hạn chê không thường xuyên– Điện di trên gel trong điện trường phân tích các

mảnh ADN lớnmảnh ADN lớn• Giải mã hê gen bằng Ki thuật Sanger

– Dàn lợp (tiling array): tách dòng có mục đíchà ợp (t g a ay) tác dò g có ục đ c– Súng bắn ngẫu nhiên (random shotgun sequencing

method): dùng máy tính phân tích trình tư chồng lợp

Kỉ nguyên hậu hệ gen họcKỉ nguyên hậu-hệ gen học M đí h hiê ứ tí h đ d hê• Mục đích: nghiên cứu tính đa dạng hê gen-chỉ ra các khác biệt kiểu đơn hình trong quầnthê bằng cách giải mã các hê gen cá thê đạithê bằng cách giải mã các hê gen cá thê đạidiện

• Phương pháp: phát triển các phương phápPhương pháp: phát triển các phương phápgiải trình tư kiểu mới– Pyrosequencingy q g– Giải trình tư các đơn phân tư bằng cách tổng hợp

(single-molecule sequence-by-synthesis) h h ẻ iải ã t à bô hê ời ất nhanh, rẻ giải mã toàn bô hê gen người mất

$1000

kỉ nguyên hậu hệ gen họckỉ nguyên hậu-hệ gen học Phâ tí h l lớ d kiệ ê• Phân tích lượng lớn dư kiện vê:– Quá trình phiên mã (transcriptomics-phiên mã

h )học)– RNAi/ miRNAs (ARN can thiệp/ARN nho

(interferomics/microRNomics))(interferomics/microRNomics))– proteins (hê protein học proteomics)

Tương tác proteins (interactomics)– Tương tác proteins (interactomics)– Biến đổi trên DNA va nhiễm sắc thê

(epigenomics)(epigenomics)– Chuyển hóa (hê chuyển hóa học metabolomics)

TranscriptomicsTranscriptomics

• Mục đích: xác định gen nào ứng với trình tư nào

• Cơ sơ: hê gen người + máy tính xư li 20000-25000 phiên mã/cơ thê các gen20000 25000 phiên mã/cơ thê các gen được biểu hiện khác nhau ở mỗi loại tê bàoH ớng nghiên cứ• Hướng nghiên cứu:– Gen nào được biểu hiện ở mỗi loại tê bào/mô– So sánh phiên mã ở 2 điều kiện/2 loại tê bào

khác nhau

TranscriptomicsTranscriptomics

• Công cụ– Kiến thức vê hê gen người g g– Nhận biết các trình tư biểu hiện:

• Khung đọc mơ (ORF)• Khung đọc mơ (ORF)• Phân tích intron/exon• Giải so sánh trình tư cDNA tách ra tư tê bào• Giải-so sánh trình tư cDNA tách ra tư tê bào

• Ứng dụng: so sánh biểu hiện gen khi bệnhểtật / phát triển

MicroRNomicsMicroRNomics

ếNhững bước tiến trong nghiên cứu ARNAntisense ARNAntisense ARNiARN va micro ARNRibozymesNhại lại phân tư giữa protein va ARNNhại lại phân tư giữa protein va ARN

Các loại ARN chủ yếuCác loại ARN chủ yếu

ARN

ARNARN mãhóa

mRNA

ARN không mã

hóa

mRNATham giatổng hợpprotein

ARN phiên mãTham gia tổng

hợp proteinARN nhỏ

tRNA rRNAsiRNA

Bất hoạtgenề

miRNAĐiều hòa

phiên dịchmã

RibozymeChứcnăng shRNA

Điều hòaphiên,

dịch mã

mã năngenzym Bất hoạt

Những bước tiến trong nghiên cứuARN

‘60-’70 (cô điê n) : tRNA, mRNA, rRNA và sinh tông hơp proteinsinh tông hơp protein ’80: ribozyme (RNA xuc tác) và tách intron y ( )

tư mRNA trong phiên mã (Eukaryotae) ‘90: RNAi miRNA và điê u hòa sau phiên 90: RNAi, miRNA và điêu hòa sau phiên

mãế 2000 đến nay: mạng lươi ARN trong tê

bao, công nghê ARN., g g

Vai tro cu a ARNVai tro cua ARN

ARN không mã hóa protein tạo nên sư khác biê t lơn giưa gen ngươi và gen ruôi g g g ggiâm Giup làm ro cơ chê đoc mã di truyền Giup làm ro cơ chê đoc mã di truyền Căt intron và ghep exon nhiêu protein

tạo nên tư 1 gen (300.000 protein tạo ra tư 30.000 gen ngươi)30.000 gen ngươi)

Một sô loại ARN khácMột sô loại ARN khácsiRNA:siRNA:

là ARN mạch kép (20-25bp) tham gia vào cơ chê can thiệp ARNệpChức năng: ức chê gen

saRNA: là ARN mạch kép tham gia vào cơ chê can thiệp ARN

Chức năng: kích hoạt geniRNAmiRNA: 20-25base (mạch đơn),sinh ra trong quá trình phiên mã nhưng không đượcsinh ra trong quá trình phiên mã nhưng không đượcdịch thành protein tham gia điều hòa gen

RibozymeRibozyme

Đi nh nghi a : các phân tư ARN co khả năng xuc tác

Vai tro: căt mRNAỨ d h th á bê h d iỨng dụng: chưa ung thư, các bênh do virus,

liêu phap ribozym vơi các vi khuâ n khángthuôc

Cơ chê ARN can thiệp (iRNA)Cơ chê ARN can thiệp (iRNA)

• Định nghĩa: Là cơ chê gây ức chê hoặc kích hoạt• Định nghĩa: Là cơ chê gây ức chê hoặc kích hoạtgen bằng các đoạn ARNC hê • Cơ chê:– tác động đến biểu hiện gen ở giai đoạn dịch mã– cản trơ sư phiên mã của các gen đặc hiệu

• Hiệu ứng:Hiệu ứng:– Ức chê dịch mã đơn vị mRNAỨ hê hiê ã ủ t hâ– Ức chê sư phiên mã của gen trong nhân

– Phân giải mRNA

ARN đô i mãđô ã Đi nh nghi a: là sơi

ARN đô i mã vơi sơiARN đôi mã vơi sơi khuôn mRNA

Vai tro : tiêm ARN đô i Vai tro: tiêm ARN đôi mã vào tê ba o ức chê biê u hiê n gen ở gsinh vâ t (knock-out)

Nguyên nhân: mạchkep ARN

Cơ chê tìm thâ y trênthưc vât ruô i sâuthưc vâ t, ruôi, sâu, nâ m..

Ứng dụng: làm càỨng dụng: làm cà chua châ m chín,..

Hiên tương đô ng ức hê chê

• Đươc khám pha trên hoa• Đươc khám pha trên hoadạ yên thao

• Tiêm ADN quy đinh tính• Tiêm ADN quy đi nh tínhtrang tím nhăm làm thêmđâm màu kêt quả đôi qnghi ch: hoa bị loang hoăc mất màu hoan toan

• Hiên tương đông ức chê: cả gen ban đâu và genh thê đề bị bất h tchen thêm đều bị bất hoat.

• Nguyên nhân : cơ chê bao vê cua cơ thê khoi sư xâmvê cua cơ thê khoi sư xâmnhâp cua virus

Cơ chê can thiệp iRNAệpTiêm các phân tửchuỗi xoắn képchuỗi xoắn képRNA vào tế bào

chuỗi phảnứng

phân tử phiên mã mRNA của tế bào có trình tựcủa tế bào có trình tựgiống với trình tự của

phân tử RNA ngoại lai sẽbị tiêu hủy

ngăn chận sự biểungăn chận sự biểuhiện của gene ra

protein

Vai tro cu a cơ chê can thiêp ARNVai tro cua cơ chê can thiê p ARN

Có hiê ả t điê khiê biê hiê- Có hiêu quả cao trong điêu khiên biêu hiên cua gen (tính đăc hiêu cao, làm tăt hoan toan gen)gen)

- Ứng dụng trong nghiên cưu chưa ung thư:- Tê ba o ung thư: tê ba o đôt biê n vê di truyền- Tê bao ung thư: tê bao đô t biên vê di truyền

vươt qua sư khô ng chê cu a cơ thê (chương trìnhtư sát tê ba o, tín hiê u kim hãm phân chia..)

- Cơ chê can thiê p ARN: giu p dò tìm cơ chê thayđô i phân tư ở tê ba o ung thư điê m yê u cu a tê ba o thuô c chưa đăc hiêubao thuôc chưa đăc hiê u

- Câ n xây dưng thư viê n RNAi tô ng hơp RNAi(hóa châ t, PCR, DNA plasmid, retrovirus..)