Ở sinh vật nhân thực, điều hòa hoạt động gen có nhiều cấp độ khác nhau, trong đó điều hòa trước phiên mã là hình thức điều hòa ít tốn kém năng lượng. Điều hòa trước phiên mã được thực hiện thông qua cơ chế điều hòa mức độ xoắn của NST. Các gen nằm trong vùng co xoắn (vùng dị nhiễm sắc) của NST sẽ không được biểu hiện. Chỉ những gen nằm trong vùng giãn xoắn (vùng nguyên nhiễm sắc) mới có cơ hội được biểu hiện. Vì thế, tế bào có thể điều hòa sự biểu hiện của gen bằng cách co, giãn xoắn NST. Quá trình này được thực hiện thông qua hai cơ chế chủ yếu: Cải biến histone và methyl hóa ADN.

- Cải biến histone: Histone tham gia cấu tạo nên nuclêôxôm, đơn vị cấu trúc của NST. Sự cải biến cấu trúc của histone có thể ảnh hưởng đến trạng thái co, giãn của NST:

+ Sự gắn nhóm acetyl vào các phân tử lysine tích điện dương của đuôi histone sẽ làm giãn xoắn NST, khởi động quá trình phiên mã của gen.

+ Sự gắn nhóm methyl vào histone sẽ làm co xoắn NST, ức chế sự biểu hiện của gen. Tuy nhiên, sự gắn nhóm photphat vào các axit amin trên phân tử histone đã được methyl hóa sẽ làm cho các vùng NST đang co xoắn giãn xoắn trở lại.

Hình 1. Quá trình acetyl hóa đuôi histone (Nguồn: Campbell, Reece)

- Methyl hóa ADN: Sự gắn nhóm methyl vào các bazơ nitơ nhất định cũng gây ức chế hoạt động của gen. Ví dụ, khi nhóm methyl được gắn vào các bazơ xitôzin sẽ làm bất hoạt gen. Sự methyl hóa ADN thường gây ra sự bất hoạt gen trong thời gian dài, liên quan đến quá trình biệt hóa tế bào. Một điều đáng chú ý là một gen khi đã bị methyl hóa thì trạng thái methyl hóa sẽ được truyền lại cho các thế hệ tế bào con, hiện tượng này gọi là hiện tượng in vết hệ gen.

Cơ chế điều hòa mức độ xoắn của NST là cơ chế điều hòa hoạt động gen của sinh vật nhân thực ở cấp độ nào?