ĐẠI HỌC HUẾ GIÁO TRÌNH DI TRUYỀN Y HỌC Ts.Bs Nguyễn Viết Nhân Ths.Bs Hà Thị Minh Thi 2005 ĐẠI HỌC HUẾ http://www.ebook.edu.vn GIÁO TRÌNH DI TRUYỀN Y HỌC Tất hình vẽ sách lấy từ "Medical Genetics" tác giả Lynn B.J.; John C.C.; Michael J.B Raymond L.W Nhà xuất Mosby, 2003 2005 http://www.ebook.edu.vn NỘI DUNG Chương 1, Ts Nguyễn Viết Nhân VAI TRÒ CỦA DI TRUYỀN TRONG Y HỌC Chương 2, Ths Hà Thị Minh Thi CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA GENE Chương 3, Ts Nguyễn Viết Nhân ĐỘT BIẾN GENE 19 Chương 4, Ths Hà Thị Minh Thi MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN CÁC BIẾN DỊ DI TRUYỀN Ở MỨC PHÂN TỬ 26 Chương 5, Ts Nguyễn Viết Nhân ĐỘT BIẾN ĐƠN GENE TRÊN NHIỄM SẮC THỂ THƯỜNG 40 Chương 6, Ts Nguyễn Viết Nhân ĐỘT BIẾN ĐƠN GENE DI TRUYỀN LIÊN KẾT VỚI GIỚI TÍNH VÀ DI TRUYỀN TY THỂ 49 Chương 7, Ts Nguyễn Viết Nhân DI TRUYỀN HỌC HOÁ SINH: CÁC RỐI LOẠN CHUYỂN HOÁ 55 Chương 8, Ts Nguyễn Viết Nhân BỘ NHIỄM SẮC THỂ NGƯỜI VÀ CÁC DẠNG ĐỘT BIẾN NHIẾM SẮC THỂ 63 Chương 9, Ts Nguyễn Viết Nhân DI TRUYỀN TẾ BÀO HỌC LÂM SÀNG 74 Chương 10, Ts Nguyễn Viết Nhân DI TRUYỀN ĐA YẾU TỐ 82 Chương 11, Ts Nguyễn Viết Nhân DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ 88 Chương 12, Ts Nguyễn Viết Nhân LẬP BẢN ĐỒ GENE 94 Chương 13, Ths Hà Thị Minh Thi DI TRUYỀN HỌC UNG THƯ 116 Chương 14, Ts Nguyễn Viết Nhân PHÒNG VÀ CHẨN ĐOÁN BỆNH DI TRUYỀN VÀ DỊ TẬT BẨM SINH 127 http://www.ebook.edu.vn Chương Vai trò di truyền y học I Di truyền y học ? Di truyền y học ngành học nhằm ứng dụng di truyền học vào y học, bao gồm: - Nghiên cứu di truyền bệnh gia đình - Xác định vị trí đặc hiệu gen nhiễm sắc thể (NST) - Phân tích chế phân tử q trình sinh bệnh gen đột biến - Chẩn đoán điều trị bệnh di truyền - Tư vấn di truyền II Vai trị di truyền y học cơng tác chăm sóc sức khoẻ Bệnh di truyền chiếm tỷ lệ không nhỏ bệnh gặp trẻ em người lớn Tỷ lệ ngày tăng với hiểu biết ngày nhiều sở di truyền bệnh Di truyền học cung cấp kiến thức tảng sinh học dẫn đến hình thành thể giúp hiểu tốt sâu trình sinh bệnh Trong nhiều trường hợp hiểu biết giúp ngăn ngừa bệnh giúp cho việc điều trị chúng trở nên hiệu III Các loại bệnh di truyền Những thay đổi vật chất di truyền kết hợp chúng yếu tố khác gây bệnh di truyền Những bệnh chia thành nhóm sau (bảng 1): - Các bất thường NST (chromosome disorders): xảy toàn NST phần chúng bị đi, nhân lên v.v - Các bất thường đơn gen (single - gene disorder): xảy gen bị đột biến Trường hợp thường gọi bất thường kiểu Mendel - Các bất thường di truyền đa yếu tố (multifactorial disorders): nhóm bệnh gây ra kết hợp yếu tố di truyền yếu tố môi trường Rất nhiều dị tật bẩm sinh http://www.ebook.edu.vn nhiều tình trạng bệnh lý mãn tính người lớn thuộc nhóm Các bất thường di truyền ti thể (mitochondrial disorders): chiếm lượng nhỏ gây bất thường DNA ti thể có bào tương tế bào Trong nhóm nhóm bất thường đơn gen, nhóm quan tâm nhiều Các bệnh thuộc nhóm phân loại dựa cách thức di truyền gen bệnh gia đình (kiểu gen trội NST thường, kiểu lặn NST thường, kiểu di truyền liên kết với giới tính) Cho tới số bệnh gây kiểu rối loạn lên đến 14.000 tiếp tục tăng thời gian tới - Bảng 1: Tỷ lệ tương đối số bệnh di truyền phổ biến Loại bệnh di truyền Tỷ lệ tương đối Bất thường NST Hội chứng Down 1/700 - 1/1000 Hội chứng Klinefelter 1/1000 nam Hội chứng Turner 1/2500 - 1/10000 nữ Di truyền đơn gen Bệnh teo Duchene 1/3500 nam Hemophilia A 1/10000 nam Bệnh di truyền đa yếu tố Khe hở môi +/- hàm 1/500 - 1/1000 Tật chân khoèo 1/1000 Các khuyết tật tim bẩm sinh 1/200 - 1/500 Ung thư (mọi loại) 1/3 Đái đường (type I II) 1/10 Bệnh tim / đột quỵ 1/3 - 1/5 Ngoài nhiều bệnh kết tương tác yếu tố di truyền không di truyền (di truyền đa yếu tố) mức độ khác cho phép nghĩ bệnh di truyền có phạm vi phân bố rộng, từ chỗ hoàn toàn yếu tố di truyền quy định bệnh xơ nang, bệnh teo Duchenne (Duchenne muscular dystrophy) chỗ chủ yếu yếu tố môi trường bệnh nhiễm trùng Rất nhiều http://www.ebook.edu.vn loại bệnh có tỷ lệ mắc cao dị tật bẩm sinh, bệnh tim mạch, cao huyết áp, đái tháo đường, ung thư nằm khoảng hai cực Chúng kết kết hợp mức độ khác yếu tố di truyền mơi trường IV Tình hình bệnh di truyền lâm sàng Trong thực tế đối mặt với bệnh có ngun nhân mơi trường suy dinh dưỡng, điều kiện vệ sinh kém, nhiễm trùng nguyên nhân gây tử vong trẻ Một nghiên cứu bệnh viện Seatle (Mỹ) cho thấy 27% số trẻ em nhập viện bệnh di truyền, nghiên cứu khác bệnh viện nhi khoa Mexico cho thấy 37,8% số trẻ nhập viện mắc bệnh di truyền có liên quan đến di truyền Một câu hỏi đặt tỷ lệ người mắc bệnh di truyền quần thể ? Đây câu hỏi khó trả lời có nhiều yếu tố làm cho tỷ lệ trở nên không xác như: (1) Một số bệnh phân bố theo chủng tộc bệnh hồng cầu hình liềm gặp phổ biến Châu Phi, bệnh xơ nang gặp phổ biến Châu Âu (2) Một số bệnh đột biến gen trội gặp phổ biến người lớn tuổi bệnh ung thư vú, ung thư đại tràng , tỷ lệ mắc bệnh cao quần thể có độ tuổi lớn (3) Khả chẩn đoán bác sỹ yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ bệnh Bảng 2: Tỷ lệ tương đối bệnh di truyền quần thể chung Loại bệnh di truyền Tỷ lệ mắc tính 1000 người Di truyền trội - 9,5 Di truyền lặn - 2,5 Di truyền liên kết với NST X 0,5 - Bất thường NST 6-9 Dị tật bẩm sinh 20 - 50 Tổng 31,5 - 73 Bảng giới thiệu tỷ lệ tương đối bệnh di truyền quần thể chung, cho thấy tỷ lệ mắc bệnh di truyền từ - 7%, nhiên tỷ lệ khơng bao gồm bệnh có liên quan đến di truyền gặp phổ biến người trưởng thành bệnh tim, bệnh đái đường bệnh ung thư Nếu tính nhóm bệnh tỷ lệ bệnh di truyền quần thể cao lên cách đáng kể http://www.ebook.edu.vn Chương Cấu trúc chức gene Nhiễm sắc thể chứa DNA (deoxyribonucleic acid) mang gene Gen truyền từ bố mẹ sang xem đơn vị di truyền, ảnh hưởng lên cấu trúc chức thể Ở người có khoảng từ 30.000-40.000 gene cấu trúc (gene mã hóa cho RNA protein) I Cấu trúc DNA Thành phần hóa học cấu trúc khơng gian DNA Phân tử DNA cấu tạo từ đơn phân nucleotide Mỗi nucleotide có thành phần bản: (1) đường pentose deoxyribose; (2) nhóm phosphate (3) bốn loại base Hai loại base cytosine (C) thymine (T) có cấu trúc vịng đơn carbon nitrogen gọi pyrimidine Hai loại base adenine (A) guanine (G) có cấu trúc vịng kép carbon - nitrogen gọi Hình Cấu trúc loại base purine (hình 1) Tên loại base dùng để đặt tên cho nucleotide DNA có cấu trúc khơng gian thang xoắn với tay thang phân tử đường phosphat nối với liên kết phosphodiester bền vững, bậc thang base hai bên nối với qua liên kết hydro yếu theo nguyên tắc bổ sung base adenine với thymine base guanine cytosine Mỗi tay thang vị trí 5’, kết thúc vị trí 3’ phân tử đường deoxyribose hai tay thang ngược chiều Như chuỗi đơn DNA có trình tự nucleotide 5’ - ATGCAG - 3’ chuỗi bổ sung có chiều Hình Cấu trúc xoắn trình tự nucleotide sau: kép DNA http://www.ebook.edu.vn 3’ - TACGTC - 5’ (hình 2) Các trình tự khác nucleotide quy định loại protein khác Tính đặc hiệu nhiều loại protein thể đòi hỏi phải có lượng lớn thơng tin di truyền Thực tế NST đơn bội giao tử người chứa tới khoảng tỷ cặp nucleotide, số lượng nhiều nhiều so với số nucleotide cần thiết cho việc mã hóa protein thể Hiện tượng cuộn xoắn DNA Tổng chiều dài DNA tế bào khoảng mét để nằm gọn nhân tế bào DNA phải cuộn lại nhiều mức độ khác (hình 3) Đầu tiên đoan DNA với chiều dài tương ứng với khoảng từ 140 đến 150 cặp base (base pair: bp) cuộn quanh lõi protein histon để tạo thành nucleosome Các nucleosome nối với đoạn DNA khoảng 20 - 60 bp Khoảng nucleosome cuộn lại thành solenoid, solenoid cuộn lại thành quai chromatin (chromatin Hình Mơ hình cuộn xoắn DNA loop), quai chromatin có khoảng 100.000 bp (100 kb) Các quai gắn với khung protein Bằng cách DNA giảm chiều dài xuống khoảng 1/10.000 lần so với chiều dài trước cuộn xoắn II Cấu trúc gene Các intron exon Cấu trúc intron exon gene đặc điểm để phân biệt DNA sinh vật eukaryote prokaryote Các intron chiếm phần lớn cấu trúc hầu hết gene thể eukaryote Các đoạn intron http://www.ebook.edu.vn enzyme cắt cách xác khỏi phân tử mRNA trước chúng khỏi nhân tế bào Vị trí cắt enzyme xác định đoạn DNA gọi đoạn đồng (consensus sequences) (đoạn có tên thấy phổ biến tất thể eukaryote) nằm cạnh đoạn exon (hình 4) Hình 4: Cấu trúc chi tiết gene Vì hầu hết gene thể eukaryote gồm chủ yếu đoạn intron nên cho phép người ta nghĩ đến việc đoạn có chức Hiện chức intron cịn nghiên cứu, người ta cho đoạn intron làm tăng thêm chiều dài gene tạo thuận lợi cho tái xếp gene cặp NST tương đồng qua trình trao đổi chéo NST giảm phân ảnh hưởng đến thời gian nhân đôi phiên mã DNA Một số intron lại mang gene phiên mã mà khơng liên quan tới chức gene mang intron Ví dụ intron gene gây bệnh u xơ thần kinh type (NF1) chứa gene phiên mã theo hướng ngược với gene NF1 khơng có mối liên hệ chức với gene NF1 Các loại DNA Mặc dù DNA mang thông tin mã hóa cho protein thực tế có 5% số tỷ cặp nucleotide genome người thực làm chức này, lại phần lớn vật liệu di truyền chưa biết chức Người ta chia DNA thành loại sau: 2.1 DNA độc (single - copy DNA): DNA độc chiếm khoảng 45% genome gồm gene mã hoá cho protein Các đoạn DNA loại thấy lần (hoặc vài lần) genome Tuy nhiên phần mã hóa cho protein chiếm phần nhỏ loại DNA mà thơi, phần lớn cịn lại intron đoạn DNA nằm xen gene 2.2 DNA lặp (repetitive DNA): DNA lặp chiếm 55% lại genome, đoạn DNA http://www.ebook.edu.vn lập lập lại lên tới hàng ngàn lần genome, có loại chính: 2.2.1 DNA vệ tinh (satellite DNA) Loại DNA chiếm khoảng 10% genome tập trung số vùng định NST, chúng xếp nối nhau, DNA vệ tinh chia thành loại nhỏ: - DNA vệ tinh alpha: có kích thước 171 bp, lập lập lại nhiều lần với chiều dài hàng triệu bp Loại thấy cạnh tâm động NST - DNA tiểu vệ tinh (minisatellite DNA): có kích thước từ 14 - 500 bp, lập lập lại với chiều dài khoảng vài ngàn bp DNA vi vệ tinh (microsatellite DNA): có kích thước từ - 13 bp, lập lập lại với tổng chiều dài không vài trăm bp Hai loại DNA tiểu vi vệ tinh có khác lớn chiều dài người với người khác điều làm chúng trở nên hữu ích việc lập đồ gene DNA tiểu vệ tinh vi vệ tinh gặp với tần số trung bình kb genome chúng chiếm khoảng 3% genome 2.2.2 DNA lập lại rải rác: Loại DNA chiếm khoảng 45% genome, gồm loại: - - Các yếu tố rải rác có kích thước ngắn (SINEs: short interspersed elements): kích thước từ 90 - 500bp - Các yếu tố rải rác có kích thước dài (LINEs: long interspersed elements): kích thước 7.000 bp III Chức DNA Sự nhân đôi Sự nhân đôi DNA tế bào phân chia giúp tạo xác DNA cho tế bào con, đảm bảo cho việc trì vật chất di truyền ổn định qua hệ tế bào Sự nhân đôi DNA bắt đầu việc phá vỡ liên kết hydrogen yếu base, làm tách cấu trúc kép DNA thành sợi đơn với base trạng thái tự Mỗi sợi đơn đóng vai trị khuôn (template) base liên kết với base nucleotide tự theo nguyên tắc bổ sung giúp q trình nhân đơi diễn xác Bằng cách sau hồn tất q trình nhân đơi DNA gồm có chuỗi đơn cũ chuỗi tổng hợp Phân tử DNA http://www.ebook.edu.vn ảnh hưởng, dạng tản phát thường có khối u có mắt bị ảnh hưởng Knudson cho phải có hai đột biến để gây nên ung thư nguyên bào võng mạc Đột biến thứ làm thay đổi gene gây ung thư võng mạc; đột biến xảy dòng tế bào sinh dục diện tất tế bào người nhận allele đột biến Đột biến thứ hai cố di truyền không đặc hiệu xảy tế bào bị biến đổi trước Trong trường hợp ung thư ngun bào võng mạc có tính gia đình, tồn tế bào thể mang sẵn gene đột biến (đột biến tổng thể: constitutional mutation), người mang dạng đột biến cần thêm cố đột biến bổ sung nguyên bào võng mạc đủ để tế bào phát triển thành dòng tế bào ung thư Trong trường hợp tản phát, hai loại đột biến phải xảy độc lập nguyên bào võng mạc, tình ngẫu nhiên vơ gặp tổ chức võng mạc, đứa trẻ bị ung thư võng mạc theo kiểu khó phát triển thêm khối u thứ hai Đối với người mang đột biến di truyền gen đột biến ung thư nguyên bào võng mạc cần thêm đột biến bổ sung nguyên bào võng mạc đủ để khối u phát triển, khả xảy đột biến thứ hai xảy không nguyên bào võng mạc, điều giải thích dạng gây u hai mắt Từ giả thuyết Knudson rút nhận định quan trọng gene đột biến gây ung thư di truyền có tính gia đình có lẽ giống gene đột biến gây loại ung thư phổ biến xảy tế bào sinh dưỡng Do hiểu chất allele đột biến di truyền gia đình mắc ung thư giúp hiểu chất gene đột biến tế bào sinh dưỡng gây loại ung thư phổ biến ngược lại Các nhóm gene ung thư Các gene ung thư chia thành ba nhóm là: - Các gene bình thường ức chế sinh sản tế bào (gene ức chế sinh ung thư) - Các gene hoạt hóa sinh sản tế bào (gene gây ung thư) - Các gene tham gia vào trình sửa chữa DNA 3.1 Các gene ức chế sinh ung thư (tumor suppressor genes) Các gene ức chế sinh ung thư có tính chất chung bình thường http://www.ebook.edu.vn chúng ức chế tăng sinh không kiểm sốt tế bào ngăn ngừa ung thư Hoạt động thường thực qua đường điều hòa chu kỳ sinh sản tế bào Khi chúng bị đột biến làm khả kiểm soát hoạt động sinh sản tế bào làm phát sinh ung thư Đặc điểm biểu gene đột biến trường hợp phức tạp Ở mức độ thể, allele đột biến có biểu kiểu di truyền trội, nghĩa bệnh biểu trạng thái dị hợp, mức độ tế bào allele đột biến lại biểu kiểu di truyền lặn, nghĩa tế bào mang kiểu gene trạng thái dị hợp khơng có biểu bệnh Sự phức tạp giải thích sở giả thuyết "two hit" Knudson Các cá thể mang sẵn gene đột biến thứ (cú "hit" thứ nhất) di truyền lần đột biến thứ hai ( cú "hit" thứ hai) xảy tế bào gây ung thư, dẫn đến kiểu di truyền trội biểu với tính thấm (penetrance) giảm thể mang cú "hit" thứ khơng xảy cú "hit" thứ hai Trong trường hợp cú "hit " thứ xảy tế bào thể để phát sinh ung thư phải có cú "hit" thứ hai xảy tế bào đó, khả làm xuất kiểu biểu di truyền lặn mức tế bào Hầu hết đột biến gene ức chế sinh ung thư xảy tế bào dịng sinh dục gây hội chứng ung thư di truyền trường hợp ung thư nguyên bào võng mạc Một ví dụ cho khả kiểm sốt chu kỳ sinh sản tế bào protein gene RB1 NST 13 mã hóa (gọi pRb) bị ức chế bị phosphoryl hóa enzyme kinase phụ thuộc cyclin (cyclin dependent kinases) trạng thái hoạt động khơng bị phosphoryl hóa cách tương đối Ở trạng thái hoạt động, pRb gắn với thành viên phức hệ phiên mã E2F bất hoạt chúng, phức hệ có vai trị quan trọng việc thúc đẩy tế bào bước vào giai đoạn S (S: synthesis), giai đoạn tổng hợp DNA chu kỳ tế bào pRb hoạt động làm đình trình tăng sinh tế bào Với tính bình thường pRb hoạt động “hãm” cho hoạt động sinh sản tế bào pRb bị bất hoạt bị phosphoryl hóa hoạt động sinh sản tế bào bắt đầu trở lại Khi xảy đột biến làm chức gene RB1 trường hợp gia tăng methyl hóa vùng 5’ gene dẫn tới tình trạng bất hoạt thường xun gene, chế kìm hãm hoạt động sinh sản tế bào khơng cịn nữa, tế bào tăng sinh khơng kiểm sốt gây ung thư (hình 2) http://www.ebook.edu.vn Hình 2: Tác động phức tạp tác nhân hoạt hoá ức chế lên chu kỳ sinh sản tế bào để điều hoà hoạt động sinh sản tế bào pRb đóng vai trị "hãm" lên chu kỳ tế bào cách gắn với phức hợp phiên mã E2F làm ngừng tế bào trước vào pha S (giai đoạn nhân đôi DNA) Phức hợp cyclin D-CDK4 bất hoạt pRb cách phosphoryl hóa protein này, giải phóng phức hợp E2F cho phép tế bào thực việc tổng hợp DNA để chuẩn bị cho việc nguyên phân Các yếu tố ức chế CDK p16 p21 làm bất hoạt CDK, chúng xem phận hãm khác chu kỳ sinh sản tế bào p53 tác động thơng qua p21, làm ngừng chu kỳ tế bào gây nên chết tế bào theo chương trình (apoptosis) đáp ứng với thương tổn DNA Một số gene ức chế sinh ung thư mã hoá cho chất ức chế kinase phụ thuộc cyclin, ức chế hoạt động enzyme kinase phụ thuộc cyclin cách ngăn cản tượng phosphoryl hoá enzyme bất hoạt yếu tố pRb gene bị đột biến dẫn đến hậu tương tự xảy đột biến gene RB1 Người ta phát khoảng 20 gene ức chế sinh ung thư Đó gene mã hóa cho yếu tố phiên mã (gene TP53), yếu tố điều hòa chu kỳ tế bào (gene RB1), yếu tố điều hoà việc tạo khung xương tế bào (gene NF2) v.v http://www.ebook.edu.vn 3.2 Gene sinh ung thư (oncogene) Hầu hết gene sinh ung thư có nguồn gốc từ gene tiền ung thư (proto-oncogene) Đó gene liên quan đến bốn yếu tố điều hòa tăng trưởng tế bào (yếu tố tăng trưởng, receptor yếu tố tăng trưởng, phân tử dẫn truyền tín hiệu, yếu tố phiên mã nhân) Khi đột biến xảy gene tiền ung thư, gene trở thành gene sinh ung thư mà sản phẩm gây tình trạng khơng kiểm sốt tăng trưởng biệt hóa tế bào Hiện tượng tế bào chuyển từ dạng kiểm sốt sang trạng thái khơng kiểm soát gọi tượng chuyển dạng tế bào (transform) Khác với gene ức chế sinh ung thư, gene sinh ung thư mang tính trội mức tế bào với kiểu đột biến tăng chức (gain of function), nghĩa cần gene bị đột biến (trạng thái dị hợp) gây nên hình thành khối u Các gene sinh ung thư thường thấy dạng ung thư tản phát đột biến xảy tế bào sinh dưỡng Dạng đột biến loại xảy tế bào sinh dục gây hội chứng ung thư di truyền gặp không phổ biến Để xác định gene sinh ung thư (oncogene) đặc hiệu người ta thường sử dụng ba cách tiếp cận sau: 3.2.1 Nghiên cứu retrovirus Retrovirus loại virus RNA có khả sử dụng enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase) để phiên mã ngược RNA thành DNA Bằng cách gene RNA retrovirus chuyển thành DNA cài vào nhiễm sắc thể tế bào vật chủ Khi gây nhiễm cho vật chủ retrovirus kết hợp gen sinh ung thư vật chủ vào gene xâm nhập vào tế bào vật chủ khác chuyển gene sinh ung thư vào genome vật chủ mới, làm chuyển dạng tế bào bình thường vật chủ thành tế bào sinh ung thư Thông qua nghiên cúu gene sinh ung thư mang retrovirus gây chuyển dạng tế bào số sản phẩm gene có vai trị tiếp nhận phiên giải tín hiệu ngoại bào chi phối tăng trưởng biệt hoá tế bào xác định 3.2.2 Các thí nghiệm tải nhiễm (transfection experiment) Việc nhận dạng xác định vai trò gene sinh ung thư bổ sung thí nghiệm mà dạng đột biến gene tiền ung thư chuyển từ tế bào khối u sang tế bào bình thường (tải nhiễm) làm gây chuyển dạng tế bào nhận Một nghiên cứu tải nhiễm chuyển DNA từ dòng tế bào http://www.ebook.edu.vn ung thư bàng quang người vào tế bào chuột nhắt làm số tế bào nhận bị chuyển dạng hoàn toàn Việc dịng hố đánh giá chuỗi DNA đặc hiệu người diện tế bào chuột chuyển dạng cho thấy gene gây chuyển dạng alelle đột biến giống gene sinh ung thư Harvey RAS trước nhận dạng qua nghiên cứu retrovirus Việc tìm hiểu đặc tính protein dạng đột biến gene RAS mã hoá cho thấy chế quan trọng việc điều hoà dẫn truyền tín hiệu nội bào Protein RAS bình thường (do gene tiền ung thư mã hoá) tương tác với co-factor nucleotide guanine (co-factor: chất kết hợp với enzyme để gây phản ứng hoá học) chuyển đổi dạng hoạt động gắn với GTP (guanosine triphosphate) làm kính thích tăng trưởng tế bào dạng không hoạt động gắn với GDP (guanosine diphosphate) Dạng đột biến protein làm cho chuyển từ dạng hoạt động (gắn với GTP) sang dạng khơng hoạt động (gắn với GDP) khơng thể đình tăng trưởng tế bào 3.2.3 Lập đồ gene khối u (mapping in tumors) Một số loại ung thư liên quan đến trường hợp tái xếp nhiễm sắc thể đặc hiệu Sự kết hợp trường hợp đột biến chuyển đoạn nhiễm sắc thể với dạng ung thư tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu chức gene sinh ung thư trường hợp chuyển đoạn làm đứt gãy gene trọng yếu kiểm sốt việc tăng trưởng tế bào Thơng qua việc nghiên cứu vị trí tái xếp đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể trường hợp ung thư cho phép xác định gene sinh ung thư Một ví dụ điển hình cho trường hợp nhiễm sắc thể Philadelphia, chuyển đoạn nhiễm sắc thể số số 22 làm hoạt hoá gene tiền ung thư ABL gây bệnh bạch cầu thể tuỷ mạn tính 3.3 Gene sửa chữa DNA Cơ chế sửa chữa DNA đóng vai trị quan trọng việc đảm bảo cho tế bào thực chức cách bình thường chép DNA nhờ chế diễn cách xác Nhiều bệnh lý di truyền ghi nhận khiếm khuyết hệ thống sửa chữa DNA làm dẫn đến tính khơng ổn định gene (genomic instability), với biểu đột biến xảy diện rộng, kể đứt gãy nhiễm sắc thể, lệch bội Một số bệnh khô da nhiễm sắc tố, hội chứng Bloom, hội chứng Werner có đặc điểm gia tăng tỷ lệ nhiều loại ung thư Điều http://www.ebook.edu.vn xảy tính khơng ổn định gene tế bào sinh dưỡng ảnh hưởng đến q trình điều hịa hoạt động tế bào làm hình thành khối u Nhiều hội chứng ung thư có tính di truyền, bao gồm ung thư vú gia đình ung thư đại trực tràng khơng polyp, xảy liên quan đến khiếm khuyết chế sửa chữa DNA Sự tử vong tế bào ung thư Ngay thoát khỏi kiểm soát chất ức chế hình thành khối u protein sửa chữa DNA, tế bào ung thư phải vượt qua thêm trở ngại trước tăng sinh khơng giới hạn: giới hạn nội sinh hạn chế tăng sinh tế bào Bình thường tế bào nguyên phân từ 50 đến 70 lần, sau bị lão hố (senescent) khơng thể tiếp tục phân chia Sở dĩ xảy tượng lần nguyên phân đầu tận nhiễm sắc thể (telomere) ngắn DNA thực nhân đôi giai đoạn tổng hợp DNA chu kỳ tế bào Khi chiều dài đầu tận giảm đến mức độ định làm xuất tín hiệu gây lão hố tế bào Q trình có ý nghĩa quan trọng việc hạn chế tăng sinh tế bào ung thư Các tế bào ung thư có khả vượt qua trở ngại cách hoạt hóa gene mã hố cho enzyme telomerase, enzyme đóng vai trị thay cho đoạn tận nhiễm sắc thể bình thường qua trình phân chia tế bào Enzyme có mặt tế bào bình thường ln ln có mặt tế bào ung thư Sự hoạt hố cho phép tế bào ung thư sinh sản khơng hạn chế khối u ngày lớn tích luỹ ngày nhiều đột biến gene để làm nặng nề thêm tiến triển tổ chức ung thư III Nhận dạng gene gây ung thư di truyền Các phương pháp nêu cho phép nhận dạng thành công nhiều gene sinh ung thư nhiên chúng không cho phép xác định gene ức chế sinh ung thư gây hầu hết dạng ung thư có tính di truyền Có lẽ phương pháp địi hỏi có biểu theo kiểu trội kiểu hình thể mang đột biến trường hợp đột biến gene ức chế sinh ung thư lại chủ yếu có biểu theo kiểu lặn mức tế bào Do để nhận dạng gene địi hỏi phải có phương pháp khác Khi gene đột biến gây bệnh di truyền truyền qua hệ xác định phương pháp sinh hố biết chúng xác định dựa vào việc lập đồ gene phát đột biến bệnh nhân Để lập đồ gene ung thư, cách phổ biến http://www.ebook.edu.vn thơng qua việc phân tích di truyền cá thể mắc ung thư để xác định di truyền gene đột biến Các đoạn nhiễm sắc thể mang đột biến xác định thơng qua phân tích liên kết với marker đa hình (polymorphic marker) Một cách khác để lập đồ gene ung thư dựa trường hợp đoạn nhiễm sắc thể thường gặp trường hợp ung thư đột biến gene ức chế sinh ung thư Như nói đột biến di truyền loại có tính lặn mức tế bào khơng biểu thành kiểu hình ung thư trừ trạng thái đồng hợp Gene đột biến biểu thành kiểu hình ung thư xảy đoạn phần hay toàn đoạn tương đồng nhiễm sắc thể tương đồng mang allele bình thường Do cách đánh giá đoạn nhiễm sắc thể đặc hiệu bị trường hợp ung thư giúp định vị gene đột biến Trong trường hợp ung thư nguyên bào võng mạc, tượng đoạn nhánh dài nhiễm sắc thể 13 bệnh nhân giúp tìm gene ung thư nguyên bào võng mạc Tuy nhiên việc lập đồ gene cho phép xác định vùng có mặt gene ung thư Việc phát đột biến có mặt DNA bệnh nhân mắc bệnh cho phép xác định gene gây bệnh đặc hiệu Bằng cách người ta dã xác định số gene gây ung thư (1) gene (NF1) chịu trách nhiệm cho u xơ thần kinh type lập đồ nhánh dài nhiễm sắc thể 17 qua việc phân tích liên kết gia đình nhận dạng thơng qua dạng đột biến chuyển đoạn đột biến điểm bệnh nhân.(2) Các đột biến gene TP53 tìm thấy 50 loại ung thư khác chiếm 50% ung thư Gene mã hố cho yếu tố phiên mã mà gây ngừng chu kỳ tế bào chết tế bào theo chương trình (apoptosis) có thương tổn DNA (3) Gene đa polyp có tính gia đình (APC) phát 85% ung thư đại tràng (4) Các gene đột biến gây ung thư đại tràng di truyền không polyp liên quan đến chức sửa chữa sai sót q trình bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung base nitric q trình nhân đơi DNA.(5) Các đột biến gene BRCA1 BRCA2 chịu trách nhiệm cho phần lớn trường hợp ung thư vú di truyền, sản phẩm protein bình thường gene tương tác với RAD51 loại protein sửa chữa sai sót DNA (6) Đột biến chức gene ức chế sinh ung thư (CDKN2A) gây ung thư hắc tố (melanoma) có tính gia đình Loại ung thư xảy đột biến làm hoạt hoá gene tiền đột biến (CDK4) v.v 10 http://www.ebook.edu.vn IV Cơ sở phân tử ung thư Mỗi gene có liên quan với hội chứng ung thư di truyền nhận dạng cung cấp cho hiểu biết chế di truyền q trình sinh ung thư Đó yếu tố quan trọng điều hoà hoạt động phiên mã chu kỳ tế bào (gene RB1, TP53), dẫn truyền tín hiệu nội bào (NF1), sửa chữa DNA (BRCA1, BRCA2 ), điều hứa hẹn mang lại hiểu biết sâu trình Một đặc điểm bật gần tất gene gây bệnh ung thư có tính di truyền biết dường có tính lặn mức tế bào Nhận xét gợi ý có mặt allele đột biến gây ung thư trạng thái dị hợp dung nạp trình phát triển Quan điểm cố phân bố khắp loại tế bào sản phẩm chúng Vì chúng biểu gần loại tế bào nên chúng đóng vai trị quan trọng q trình phát triển phơi Trong tương lai, hiểu biết đầy đủ gene chức chúng góp phần quan trọng việc chẩn đoán sớm ung thư can thiệp sớm Mặc dù nghiên cứu gene ung thư di truyền cung cấp nhiều hiểu biết lý thú, nhiều câu hỏi chưa trả lời Ví dụ, gene ung thư di truyền biểu nhiều tổ chức, hầu hết hội chứng ung thư di truyền lại đặc trưng loại khối u đặc hiệu (ung thư võng mạc, ung thư xương RB1; ung thư vú ung thư buồng trứng BRCA1)? Tại loại khối u liên quan đến biến đổi có tính di truyền gene ung thư lại khác với loại khối u liên quan đến biến đổi tế bào sinh dưỡng gene đó? Mức độ liên quan cách thức liên quan gene ung thư di truyền loại ung thư phổ biến không di truyền ? Nói chung gene gây ung thư xác định xếp thành ba nhóm: (1) Các gene đột biến sinh ung thư hoạt động yếu tố khởi động sinh sản tế bào; (2) gene ức chế sinh ung thư bị đột biến làm khả ức chế sinh sản tế bào (3) đột biến gene sửa chữa DNA gây gia tăng tần số đột biến gene sinh ung thư ức chế sinh ung thư Các kỹ thuật lãnh vực di truyền sinh học phân tử cho phép xác định gene đột biến đặc hiệu liên quan đến loại ung thư đặc hiệu, thông tin lãnh vực giúp nhà nghiên cứu nhà lâm sàng tìm biện pháp hữu hiệu chẩn đoán điều trị bệnh nhân ung thư 11 http://www.ebook.edu.vn Chương 14 Phịng chẩn đốn bệnh di truyền & dị tật bẩm sinh I Chẩn đoán trước sinh Mục tiêu lợi ích chẩn đốn trước sinh Mục tiêu chẩn đốn trước sinh (prenatal diagnosis) cung cấp cho gia đình có nguy thơng tin cần thiết để họ lựa chọn q trình mang thai Những lợi ích chẩn đoán trước sinh bao gồm: - Tái khẳng định cho gia đình có nguy n tâm kết chẩn đốn bình thường - Cung cấp thông tin nguy cặp vợ chồng mà khơng có thơng tin họ không dám mang thai - Chuẩn bị mặt tâm lý cho cặp vợ chồng trước việc đời đứa trẻ khuyết tật - Giúp nhà chuyên môn lên kế hoạch can thiệp đẻ, quản lý săn sóc sức khoẻ cho trẻ sau chẩn đoán trẻ mắc bệnh di truyền - Cung cấp thơng tin nguy cặp vợ chồng mà việc chấm dứt thai kỳ vấn đề phải đặt Các test chẩn đoán trước sinh Chẩn đoán trước sinh bao gồm test sàng lọc (screening test) test chẩn đoán (diagnostic tests) 2.1 Test sàng lọc Test sàng lọc test có độ xác không lớn giá thành thấp, dễ thực hiện, cho phép thực lượng lớn cá thể Một kết bất thường test sàng lọc định cho test chẩn đoán Ví du: đánh giá alpha - Fetoprotein (AFP) máu mẹ vào tuần thứ 15 thai kỳ để sàng lọc trường hợp bất thường ống thần kinh thai nhi 2.2 Test chẩn đoán Test chẩn đoán sử dụng để chẩn đoán xác định trường hợp http://www.ebook.edu.vn nghi ngờ mang bất thường Ví dụ: Thực test chẩn đốn ni cấy tế bào nước ối sản phụ từ 35 tuổi trở lên để phát trường hợp thai nhi mắc trisomy Các kỹ thuật chẩn đoán trước sinh Có nhiều kỹ thuật phục vụ cho cơng tác chẩn đoán trước sinh, phần đề cập đến kỹ thuật phổ biến sử dụng chẩn đốn trước sinh: (1) Ni cấy tế bào nước ối; (2) Lấy mẫu nhung mao màng đệm; (3) Siêu âm 3.1 Nuôi cấy tế bào nước ối (amniocentesis) Việc nuôi cấy tế bào nước ối thực vào tuần lễ thứ 15 đến 17 thai kỳ tính từ lần hành kinh cuối (last menstrual period: LMP) Kỹ thuật thực cách Đưa kim xuyên qua thành bụng vào khoang ối sau sử dụng siêu âm để định vị bánh xác định vị trí thai nhi (hình 1) Hình 1: Kỹ thuật lấy nước ối để phục Rút từ 20 đến 30 ml nước vụ việc nuôi cấy tế bào nước ối ối, dịch có tế bào sống bong từ thai nhi gọi tế bào nước ối (amniocyte) Các nghiên cứu di truyền tế bào học thực sau nuôi cấy để gia tăng số lượng tế bào Kết xét nghiệm thường thông báo sau từ 10 đến 12 ngày Các tế bào sử dụng cho xét nghiệm sinh hóa, FISH hay chẩn đốn DNA Xét nghiệm alpha Fetoprotein dịch ối thực để đánh giá khuyết tật ống thần kinh 3.2.Lấy mẫu nhung mao màng đệm (chorionic villus sampling: CVS) Kỹ thuật lấy mẫu nhung mao màng đệm thực cách hút từ mô nuôi (trophoblast tissue) thai nhi qua đường cổ tử cung qua thành bụng (hình 2) http://www.ebook.edu.vn Vì kỹ thuật thường thực vào tuần lễ thứ 10 tới 11 sau lần có kinh cuối cho phép chẩn đốn nhanh so với kỹ thuật nuôi cấy tế bào nước ối Điều đặc biệt quan trọng cặp vợ chồng nằm đối tượng cần xem xét khả chấm dứt thai kỳ Hình 2: Kỹ thuật lấy mẫu nhung mao Việc nuôi cấy tế bào màng đệm thực kỹ thuật nuôi cấy tế bào nước ối phân tích trực tiếp tế bào nuôi (do phát triển cách nhanh chóng nên chúng trở thành vật liệu cho nghiên cứu phân tích di truyền tế bào) Một hạn chế kỹ thuật không đánh giá AFP nước ối sản phụ thực CVS đo nồng độ AFP máu vào tuần lễ thứ 15 đến 16 tính từ lần có kinh cuối để sàng lọc khuyết tật ống thần kinh Siêu âm (ultrasonography) Hiện siêu âm trở thành công cụ sử dụng rộng rãi để quan sát thai nhi hữu ích việc phát nhiều loại dị dạng thai (bảng 1) Đây phương tiện hỗ trợ đắc lực cho việc thực kỹ thuật lấy nước ối, CVS, PUBS Thông thường bất thường thai phát sử dụng siêu âm để đánh giá số định sản khoa xác định tuổi thai, thai phát triển hay bất thường dịch ối Nhiều nước châu Âu thực thường quy việc sàng lọc siêu âm cho tất trường hợp mang thai tháng thai kỳ II Tư vấn di truyền Mục đích công tác tư vấn di truyền Tư vấn di truyền công việc nhằm giải mối liên hệ người với xuất nguy xuất môt bệnh di truyền gia đình Cơng việc liên quan đến nỗ lực người đào tạo chuyên ngành để giúp đỡ cho cá nhân hay gia đình với mục đích sau: http://www.ebook.edu.vn Bảng 1: Một số dị dạng bẩm sinh chẩn đoán siêu âm Triệu chứng phức tạp Hệ thần kinh trung ương Thai nước (hydrop) Quái thai vơ não (anencephaly) Thiểu ối (oligohydramnios) Thốt vị não (encephalocele) Đa ối ( polyhydramnios) Não úng thủy (hydrocephalus) Chậm phát triển tử cung Não trước không phân chia (holoprosencephaly) Bụng / khung chậu Hệ xương Trít hẹp dày ruột (gastro-intestinal atresis) Các khuyết tật giảm sản chi (limb reduction defects) Tật nứt bụng (gastroschisis) Nhiều loại tật loạn dưỡng sụn (chondro-dystrophies) Tật bọc rốn (omphalocele) Thận nang (cystic kidneys) Không phát agenesis) triển thận (renal Tật thận ứ nước (hydronephrosis) Sọ mặt (craniofacial) Lồng ngực Khe hở môi (cleft lip) Bệnh tim bẩm sinh Thốt vị hồnh (diaphragmatic hernia) Cung cấp thông tin lãnh vực y học bao gồm chẩn đoán, diễn biến bệnh, phương tiện hỗ trợ điều trị có Thơng tin khả di truyền bệnh, nguy tái phát thành viên gia đình thay đổi xảy liên quan đến nguy Giúp lựa chọn biện pháp thích hợp với nguy bệnh, mục đích gia đình bệnh nhân, phù hợp với tiêu chuẩn đạo đức, tôn giáo gia đình Thực biện pháp can thiệp tốt khả cho phép người mắc bệnh di truyền với nguy tái phát bệnh gia đình http://www.ebook.edu.vn Các định cho công tác tư vấn di truyền Công tác tư vấn di truyền định trường hợp sau: Trước gia đình có trẻ với nhiều dị tật bẩm sinh, chậm phát triển trí tuệ dị tật khuyết tật ống thần kinh, khe hở môi hàm Có tiền sử gia đình bệnh di truyền hội chứng nhiễm sắc thể X dễ gãy, đái đường v.v Chẩn đoán trước sinh trường hợp mẹ lớn tuổi định khác Tình trạng nhân đồng huyết Phơi nhiễm với tác nhân gây quái thai hoá chất công nghiệp, rượu, loại dược phẩm Vô sinh sẩy thai liên tiếp Một bệnh lý di truyền bất thường chẩn đoán Trước thực test di truyền sau nhận kết test đó, đặc biệt test đánh giá tình trạng khởi bệnh muộn ung thư bệnh liên quan đến hệ thần kinh Khi theo dõi trẻ sơ sinh chẩn đốn dương tính với bệnh di truyền bệnh PKU hay xác định trạng thái dị hợp tử nhờ test sàng lọc Thơng thường người tìm đến với nhà tư vấn di truyền bố mẹ trẻ mắc khuyết tật di truyền nghi ngờ di truyền, đơi họ người trưởng thành mang bất thường có tiền sử gia đình bất thường Tư vấn di truyền thiếu trường hợp thực test chẩn đoán trước sinh, test chẩn đoán bệnh di truyền chương trình sàng lọc Ngăn ngừa tái phát gia đình Đối với nhiều gia đình, mục đích họ tìm kiếm tư vấn di truyền xác định nguy bệnh di truyền họ tìm hiểu khả có để ngăn ngừa tái phát bệnh di truyền Chẩn đốn trước sinh biện pháp hữu hiệu thường đưa để giải vấn đề giải pháp chung cho loại bệnh lý di truyền Nhiều bệnh lý di truyền thực chẩn đốn trước sinh nhiều bố mẹ lý khác không chấp nhận biện pháp cho dù tính hiệu Dưới giới thiệu số biện pháp khác thực http://www.ebook.edu.vn nhằm ngăn ngừa tái phát bệnh: Các xét nghiệm di truyền học lập nhiễm sắc thể, phân tích số hố sinh, phân tích DNA v.v đơi cho phép tái khẳng định cho cặp vợ chồng có tiền sử gia đình mắc bệnh di truyền họ khơng có nguy sinh đứa mắc loại bệnh Trong trường hợp khác, xét nghiệm xác định người có nguy việc truyền bệnh Tư vấn di truyền thực trước sau xét nghiệm để giúp định hướng việc thực xét nghiệm di truyền phiên giải kết xét nghiệm Nếu bố mẹ có kế hoạch khơng có thêm khơng có con, việc ngừa thai triệt sản biện pháp lựa chọn, họ cần thông tin đầy đủ biện pháp Đối với bố mẹ muốn có có thêm việc xin ni khả đề nghị Thụ tinh nhân tạo nguồn tinh trùng khác giải pháp phù hợp người bố sở hữu gene bệnh trội nằm NST thường di truyền liên kết với NST giới tính X, nhiên khơng phải định trường hợp mẹ mang gen đột biến Biện pháp tốt đốt với trường hợp hai bố mẹ người mang gene lặn đột biến NST thường Việc sử dụng trứng hiến tặng giải pháp phù hợp trường hợp mẹ mang gene đột biến mang gene bệnh di truyền liên kết với NST giới tính X Lẽ tất nhiên việc tư vấn di truyền xét nghiệm di truyền cần thiết tinh trùng trứng hiến tặng việc làm cần thiết Trong số bệnh lý di truyền, việc phân tích DNA phơi trước bước vào giai đoạn làm tổ thực kỹ thuật PCR từ DNA tế bào phơi tách q trình cấy phơi kỹ thuật thụ tinh nhân tạo Đối với số cặp vợ chồng định không sử dụng phôi mang bất thường di truyền dễ chấp nhận so với định phải phá thai giai đoạn muộn Nếu bố mẹ định chấm dứt thai kỳ họ cần tư vấn đầy đủ theo dõi sau thực định http://www.ebook.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hồ Huỳnh Thuỳ Dương Sinh Học Phân Tử 1998 Nhà xuất Giáo dục Phạm Thành Hổ Di Truyền Học 1998 Nhà xuất Giáo dục Ngô Gia Thạch, Trịnh Văn Bảo, Phạm Văn Phùng Từ Điển Di Truyền Y Học 1983 Nhà xuất Y học Tiếng Anh John H.D Medical Dictionary for the Health Professional 1997, 3rd edition Williams & Wilkins Jorde L.B.,Carey J.C., Bamshad M.J., Raymond L.W Medical Genetics, 2003 3rd edition, Mosby Peter D.T.; Sian E Emery's Elements of Medical Genetics 2005, 12th edition, Elsevier Churchill Livingstone Peter S.H Practical Genetic Counselling 2004, 6th edition Arnold Ricki L Human Genetics: Concepts and Applications 2002, 4th edition McGrall- Hill Robert L.N., Roderick R.M., Huntington F.W Genetics in Medicine 2004, 4th edition Thompson & Thompson 10 Thomas D.G., Francis S.C.; David G Medical Genetics, 1998 2nd edition, Williams & Wilkins http://www.ebook.edu.vn ... Ts Nguyễn Viết Nhân PHỊNG VÀ CHẨN ĐỐN BỆNH DI TRUYỀN VÀ DỊ TẬT BẨM SINH 127 http://www.ebook.edu.vn Chương Vai trò di truyền y học I Di truyền y học ? Di truyền y học ngành học nhằm... nucleotide sau 5’ - ACT - GAT - TGC - GTT - 3’ làm thay đổi trình tự thành: 5’ - ACT - GAA - T TG - CGT - T 3’ trình tự amino acid từ Thr - Asp - Cys - Val trở thành Thr - Glu Leu - Arg Hình 2: Đột... 1000 người Di truyền trội - 9,5 Di truyền lặn - 2,5 Di truyền liên kết với NST X 0,5 - Bất thường NST 6-9 Dị tật bẩm sinh 20 - 50 Tổng 31,5 - 73 Bảng giới thi? ??u tỷ lệ tương đối bệnh di truyền quần