ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM    TIỂU LUẬN SINH HỌC PHÂN TỬ ĐỀ TÀI: KHÁI QUÁT VỀ CƠ CHẾ SỮA CHỮA DNA VÀ MỘT SỐ THÀNH TỰU TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ Học viên: Trương Đình Dũng Giảng viên phụ trách Khoa: Sinh học PGS.TS. Nguyễn Bá Lộc Ngành: Phương pháp Khóa: K22 MỤC LỤC Huế, 1/2014 PHẦN I: MỞ ĐẦU 4 I. Đặt vấn đề: 4 III. Phương pháp nghiên cứu: 4 PHẦN II: NỘI DUNG 6 I. Khái quát về DNA và các biến đổi xảy ra trên phân tử DNA 6 1. Khái quát về DNA 6 2. Các đột biến xảy ra đối với DNA 8 2.1. Đại cương về đột biến gene 8 2.2. Những biến đổi trong phân tử DNA 9 3. Khái quát các cơ chế sửa chữa ở mức phân tử 10 II. Các kiểu sửa chữa DNA 12 1. Quang tái hoạt hóa 12 2. Sửa chữa ghép đôi lệch 13 3. Sửa chữa cắt bỏ 15 3.1. Cắt bỏ base: 16 4. Đọc sửa đối với các base bắt cặp sai 17 5. Các hệ thống sửa chữa tái tổ hợp 18 6. Hệ thống SOS 19 6.1. Sửa chữa theo cơ chế “error-prone” 21 6.2. Protein LexA 22 III. Ứng dụng việc sửa chữa DNA trong điều trị ung thư 25 1. Sơ lược về ung thư 25 1.1. Khái niệm 25 1.2. Nguyên nhân và sinh lý bệnh 25 1.2.3. Bệnh học phân tử 26 1.3. Điều trị ung thư 27 2. Hướng sử dụng sữa chữa DNA trong điều trị ung thư 28 2.1 Đưa tế bào ung thư đến chỗ tự hủy diệt 28 2 2.2. Liệu pháp trúng đích 29 2.3. Tác động lên gen TP53 trong điều trị ung thư 32 2.4. Chất ức chế PARP 34 2.5. Chữa trị ung thư qua điều chỉnh gen 36 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 3 PHẦN I: MỞ ĐẦU I. Đặt vấn đề: DNA là một đại phân tử có vai trò quan trọng nhất đối với sự sống. Mặc dù DNA có các cơ chế nhằm bảo vệ chính mình tránh các tác nhân bên trong và bên ngoài, nhưng đại phân tử này vẫn không tránh khỏi những sai sót trong quá trình tái bản và ngay chính trong trạng thái bình thường. Các bất thường về DNA này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với tế bào và có thể dẫn đến cái chết. Rất may, trong các loài sinh vật đã có các cơ chế sữa chữa DNA nhằm phục hồi, bảo vệ sự toàn vẹn của DNA. Các cơ chế này đã được nghiên cứu từ rất lâu với mục đích hiểu biết sâu sắc thêm về DNA cũng như ứng dụng những cơ chế này trong việc chống lại ung thư và một số bệnh lien quan đến cơ chế di truyền khác. Để ứng dụng cơ chế sữa chữa DNA trong điều trị ung thư và các bệnh liên quan cần có cái nhìn tổng quát về cơ chế sữa chữa trên DNA. Đối với điều trị ung thư, tuy có nhiều phương pháp khác nhau nhưng chưa có một hướng nào có thể đáp ứng hoàn toàn 2 yêu cầu của việc điều trị. Đó là tiêu diệt triệt để tế bào ung thư và không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường. Việc ứng dụng cơ chế sữa chữa DNA như là một chìa kháo trong việc giải quyết vấn đề này và đây là một trong những hướng thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu. Vì những lý do này, tôi lựa chon đề tài “Khái quát về cơ chế sữa chữa DNA và một số thành tựu trong điều trị ung thư”. II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng: Cơ chế sữa chữa DNA và các ứng dụng trong điều trị ung thư Phạm vi: Ở đây tôi chỉ đề cập khái quát đến cơ chế sữa chữa DNA và một số thành tựu trong nghiên cứu điều trị ung thư trong thời gian gần đây. III. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp tổng hợp các tài liệu được lấy từ các nguồn thông tin như thư viện, báo đài, internet. Dựa vào sự phân tích, tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài. 4 Mặc dù đề tài được chuẩn bị khá công phu, nhưng chắc chắn vẫn còn nhiều sơ suất, rất mong được sự góp ý của quí thầy cô giáo và các bạn. Tôi xin chân thành biết ơn! 5 PHẦN II: NỘI DUNG I. Khái quát về DNA và các biến đổi xảy ra trên phân tử DNA 1. Khái quát về DNA "DNA - phân tử quý giá nhất trong tất cả các phân tử" (James D. Watson) Acid Deoxyribo Nucleic (viết tắt ADN theo tiếng Pháp hay DNA theo tiếng Anh) là một phân tử acid nucleic mang thông tin di truyền mã hóa cho hoạt động sinh trưởng và phát triển của các vật chất hữu cơ bao gồm cả một số virus. ADN thường được coi là vật liệu di truyền ở cấp độ phân tử tham gia quyết định các tính trạng. Trong quá trình sinh sản, phân tử ADN được nhân đôi và truyền cho thế hệ sau. [Wiki] Đặc điểm của AND: - ADN có thể được hiểu một cách đơn giản là nơi chứa mọi thông tin chỉ dẫn cần thiết để tạo nên các đặc tính sự sống của mỗi sinh vật; - Mỗi phân tử ADN bao gồm các vùng chứa các gene cấu trúc, những vùng điều hòa biểu hiện gene, và những vùng không mang chức năng, hoặc có thể khoa học hiện nay chưa biết rõ gọi là ADN rác; 6 - Cấu trúc phân tử ADN được cấu thành gồm 2 chuỗi có thành phần bổ sung cho nhau từ đầu đến cuối. Hai chuỗi này được giữ vững cấu trúc bằng những liên kết hoá trị. Các liên kết này khi bị cắt sẽ làm phân tử ADN tách rời 2 chuỗi tương tự như khi ta kéo chiếc phéc mơ tuya; - Về mặt hoá học, các ADN được cấu thành từ những viên gạch, gọi là nucleotide, viết tắt là Nu. Do các Nu chi khác nhau ở base (1Nu = 1 Desoxyribose + 1 acid photphoric + 1 base nitric),nên tên gọi của Nu cũng là tên của base mà nó mang. Chỉ có 4 loại gạch cơ bản là A, T, C, và G; - Mỗi base trên 1 chuỗi chỉ có thể bắt cặp với 1 loại base nhất định trên chuỗi kia theo một quy luật chung cho mọi sinh vật. Theo nguyên tắc A liên kết với T bằng 2 liên kết Hidro, G liên kết với C bằng 3 liên kết Hidro (Nguyên tắc bổ sung) - Trật tự các base dọc theo chiều dài của chuỗi ADN gọi là trình tự, trình tự này rất quan trọng vì nó chính là mật mã nói lên đặc điểm hình thái của sinh vật. Tuy nhiên, vì mỗi loại base chỉ có khả năng kết hợp với 1 loại base trên sợi kia, cho nên chỉ cần trình tự base của 1 chuỗi là đã đại diện cho cả phân tử ADN. - Khi ADN tự nhân đôi, 2 chuỗi của ADN mạch kép trước tiên được tách đôi nhờ sự hỗ trợ của một số enzim chuyên trách. Mỗi chuỗi ADN sau khi tách ra sẽ thực hiện việc tái tạo một chuỗi đơn mới phù hợp bằng cách mỗi base trên chuỗi gốc sẽ chọn loại base tương ứng (đang nằm tự do trong môi trường xung quanh) theo cơ chế gián đoạn và nguyên tắc bán bảo tồn. Do đó, sau khi nhân đôi, 2 phân tử ADN mới (mỗi phân tử chứa một chuỗi cũ và một chuỗi mới) đều 7 giống hệt trình tự nhau nếu như không có đột biến xảy ra và giống với phân tử ADN ban đầu. - Đột biến hiểu đơn giản là hậu quả của những sai sót hoá học trong quá trình nhân đôi. Bằng cách nào đó, một base đã bị bỏ qua, chèn thêm, bị sao chép nhầm hay có thể chuỗi ADN bị đứt gẫy hoặc gắn với chuỗi ADN khác. Về mặt cơ bản, sự xuất hiện những đột biến này là ngẫu nhiên và xác suất rất thấp. - DNA là những phân tử rất dài, nhưng mảnh (đường kính: 20 A 0 ), lại thường xuyên chịu tác động môi trường bên trong và bên ngoài tế bào nên dễ có những đứt gãy, biến đổi ngay cả khi không có sao chép. 2. Các đột biến xảy ra đối với DNA 2.1. Đại cương về đột biến gene 2.1.1. Định nghĩa: Đột biến gene (gene mutation) là những biến đổi xảy ra bên trong cấu trúc của một gene hoặc một vùng nhỏ của bộ gene, liên quan chủ yếu tới sự thay đổi trình tự nucleotide vốn có của nó (kiểu dại), làm phát sinh các allen mới. 2.1.2. Nguyên nhân: Các đột biến gene xảy ra có thể do sai sót trong quá trình tái bản, hoặc do trong bộ gene có các vùng dễ phát sinh đột biến gọi là các ''điểm nóng'' (hot spots), hoặc các tổn thương tự phát dưới ảnh hưởng của các tác nhân lý-hoá từ môi trường ngoài. 2.1.3. Phân loại: Các đột biến gene có thể được phân loại theo các cách khác nhau. Chẳng hạn, dựa vào các hiệu quả của chúng lên kiểu hình (các đột biến hình thái, đột biến gây chết, các đột biến soma và dòng mầm) hoặc lên chính bản thân vật chất di truyền DNA (các đột biến điểm). Căn cứ vào nguồn gốc, chúng được chia thành các đột biến tự phát (spontaneous) và đột biến cảm ứng (induced). 2.1.4. Hậu quả: Các đột biến gene nói chung làm suy yếu hoặc biến đổi chức năng của gene hơn là tăng cường chức năng của nó. Từ đó ảnh hưởng lên các 8 đặc tính sinh lý-hoá sinh của tế bào cũng như sức sống và sinh sản của cơ thể sinh vật nói chung. 2.1.5. Vai trò và ý nghĩa: Đột biến gene vì vậy được xem là cơ sở của hiện tượng đa hình di truyền trong các quần thể và là nguồn biến dị di truyền sơcấp vô cùng phong phú và đa dạng cho quá trình chọn lọc và tiến hoá. Người ta lợi dụng đặc tính biến đổi nầy của các sinh vật để xây dựng các phương pháp gây đột biến khác nhau và có thể kết hợp với lai hữu tính hoặc sử dụng kỹ thuật di truyền đểcải biến bộ gene của các vật nuôi, cây trồng về các tính trạng cần quan tâm. 2.2. Những biến đổi trong phân tử DNA Trên DNA có thể xảy ra các biến đổi ngẫu nhiên như sau: - Gãy hay đứt mạch: Phân tử DNA có chiều ngang rất mảnh, bản thân nó lại thường xuyên cuộn xoắn và giãn xoắn nên dễ xảy ra đứt gãy một sợi. Tuy nhiên, khả năng đứt cùng lúc hai sợi hiếm khi gặp hơn. - Base bị cắt mất. Hiện tượng này làm base tương ứng không bắt cặp được. Dưới tác dụng của nhiệt có thể xảy ra quá trình khử purine (depurination) do thủy phân liên kết N-glycosyl. - Gắn các nhóm mới vào base bằng liên kết cộng hóa trị làm thay đổi tính chất như trường hợp methyl hóa (gắn nhóm CH3 vào một base). - Biến một base này thành một base khác làm bắt cặp sai. Ví dụ: Quá trình làm khử amin (desamination) của cytosine tạo ra uracil. Uracil sẽ kết cặp với adenin trong quá trình sao chép, kết quả tạo ra đột biến đồng hoán G-C A-T. 9 Deamination 5-methylcytosine tạo ra thymine. Quá trình sao chép tạo ra đột biến đồng hoán chuyển C thành T. - Các base có thể tồn tại ở hai dạng ceto và enol nên có thể dẫn đến bắt cặp sai. Ví dụ: dạng enol của cytosine có thể bắt cặp với adenine. - Tạo các dimer thymine. - Liên kết chéo giữa các mạch (interstand crosslink). Trong di truyền học , liên kết chéo của DNA xảy ra khi các nhân tố ngoại sinh hoặc nội sinh phản ứng với hai vị trí khác nhau trong DNA. Điều này có thể xảy ra trong cùng một mạch (intrastrand crosslink) hoặc trong các sợi đối diện của DNA (interstrand crosslink). Liên kết chéo giữa các mạch cũng xảy ra giữa DNA và protein . Sự sao chép DNA bị chặn bởi liên kết chéo giữa các mạch, mà nguyên nhân bắt giữ nhân rộng và tế bào chết nếu liên kết chéo giữa các mạch không sửa chữa . [http://en.wikipedia.org/wiki/Crosslinking_of_DNA] 3. Khái quát các cơ chế sửa chữa ở mức phân tử 10 [...]... những thành công nhất định nhưng vẫn còn hạn chế lớn đó là sự tiêu diệt không triệt để các tế bào ung thư và sự phá hủy các mô, cơ quan xung quanh do tác động của việc trị liệu Hiện nay, các nhà khoa học đang hướng tới sử dụng cơ chế sữa chữa DNA nhằm điều trị ung thư, phương pháp này đã có những dấu hiệu tích cực nhất định 2 Hướng sử dụng sữa chữa DNA trong điều trị ung thư Dưới đây là một số thành tựu. .. về việc ứng dụng cơ chế sữa chữa DNA trong điều trị ung thư trên thế giới và trong nước: 2.1 Đưa tế bào ung thư đến chỗ tự hủy diệt Một nhóm nghiên cứu tại Pháp vừa tạo ra những phân tử có thể “đánh lừa” các tề bào ung thư có tính đề kháng với xạ và hoá trị liệu làm cho chúng đi đến “tự sát” Đây là một thành quả nghiên cứu đem lại nhiều hứa hẹn cho việc trị liệu ung thư Như ta đã biết xạ trị liệu và. .. dần hình thành ung thư Nhìn chung, điều kiện cần thiết để hình thành ung thư là phải đột biến ở cả hai nhóm gene tiền ung thư và gene áp chế ung thư Chẳng hạn như đột biến giới hạn ở một gene ung thư sẽ bị ức chế bởi sự kiểm soát phân bào bình thư ng (giả thuyết Knudson hay giả thuyết 1-2 cú đánh) và các gene ức chế khối u Và cũng vậy chỉ một đột biến gene ức chế khối u cũng không gây ra ung thư, do... chia tế bào do tổn thư ng của DNA Do đó ung thư là một bệnh lý về gene Thông thư ng, một tế bào bình thư ng để chuyển dạng sang tế bào ung thư phải trải qua một vài đột biến ở một số gene nhất định Quá tình này liên quan đến cả hệ thống gene tiền ung thư (proto-oncogene) và gene áp chế ung thư (tumor suppressor gene) Gene tiền ung thư mã hoá cho nhóm protein tham gia vào quá trình hình thành nhữngchất... các cơ chế thông thư ng Trong trường hợp này, tế bào còn lại một giải pháp duy nhất để tăng khả năng sống sót đó là sửa chữa DNA một cách ngẫu nhiên với tỷ lệ sai sót (đột biến) cao nhưng dù sao vẫn duy trì được sự sống Đây chính là cơ chế sửa chữa DNA “error-prone” Như vậy, sửa chữa DNA theo cơ chế này cũng là một trong những nguyên nhân tạo nên tính đa dạng của DNA Khi phân tử DNA bị đột biến, một sốprotein... Người bị ung thư có thể được chữa trị bằng phẫu thuật, hóa trị liệu hoặc xạ trị liệu Nếu không được chữa trị sớm, hầu hết các loại ung thư có thể gây tử vong, đây là một trong những nguyên nhân gây tử vong chính trong những nước phát 25 triển Hầu hết các bệnh ung thư có thể chữa trị và nhiều bệnh có thể chữa lành, nếu được phát hiện và điều trị sớm 1.2.2 Nguồn gốc của ung thư Phân chia tế bào (tăng sinh)... Ứng dụng việc sửa chữa DNA trong điều trị ung thư 1 Sơ lược về ung thư 1.1 Khái niệm Ung thư là một nhóm các 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 (di căn) Hiện có khoảng 200 loại ung thư 1.2 Nguyên nhân và sinh lý bệnh Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng... thốngenzyme sửa chữa DNA Điều này nhằm hạn chế tối đa khả năng các sai hỏng này được truyền cho thế hệ tế bào kế tiếp Thông thư ng, các gene áp chế ung thư sẽ được kích hoạt khi có tổn thư ng DNA xảy ra, nhưng một số đột biến có thể bất hoạt protein áp chế ung thư hoặc làm mất khả năng truyền thông tin của nó Điều này làm gián đoạn hoặc dừng cơ chế sửa chữa DNA, khi đó những tổn thư ng DNA được tích... làm tổn thư ng các tế bào ung thư lẫn tế bào khỏe mạnh Trong thực tế, các tế bào khỏe mạnh có cơ chế tồn tại khác với các tế bào ung thư nên chất ức chế PARP có tác dụng "lợi nhiều hơn hại" trong việc trị bệnh ung thư Giải pháp điều trị ung thư bằng chất ức chế PARP được gọi là điều trị có mục tiêu, lợi dụng sự suy yếu của tế bào ung thư để tiêu diệt chính tế bào ung thư, làm cho chúng mất khả năng... tiền ung thư bị đột biến thành gene ung thư và có đủ gene ức chế khối u bị bất hoạt hoặc tổn thư ng lúc đó các tín hiệu cho tế bào phát triển vượt quá các tín hiệu điều hòa thì sự phát triển tế bào sẽ nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm soát 1.3 Điều trị ung thư Ung thư có thể được điều trị bằng phẫu thuật, hóa trị liệu, xạ trị liệu, miễn dịch trị liệu hay các phương pháp khác Việc chọn lựa phương pháp điều . tài Khái quát về cơ chế sữa chữa DNA và một số thành tựu trong điều trị ung thư . II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng: Cơ chế sữa chữa DNA và các ứng dụng trong điều trị ung thư Phạm. lại ung thư và một số bệnh lien quan đến cơ chế di truyền khác. Để ứng dụng cơ chế sữa chữa DNA trong điều trị ung thư và các bệnh liên quan cần có cái nhìn tổng quát về cơ chế sữa chữa trên DNA. . HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM    TIỂU LUẬN SINH HỌC PHÂN TỬ ĐỀ TÀI: KHÁI QUÁT VỀ CƠ CHẾ SỮA CHỮA DNA VÀ MỘT SỐ THÀNH TỰU TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ Học viên: Trương Đình Dũng Giảng viên phụ trách Khoa: