Trang chủ www.docsachysinh.com

Ebook online

Đọc sách Y sinh || www.docsachysinh.com || Microworld - Macromind

 

KHÁI LUẬN VỀ GENETICS

Phùng Trung Hùng - Lê Minh Châu - Nguyễn Phước Long

Y học đang dần phát triển từ một nghệ thuật chữa bệnh trong đó các tiêu chuẩn thực hành được thành lập trên cơ sở kinh nghiệm cá nhân sang phương pháp khoa học được kiểm chứng nghiêm ngặt.Việc áp dụng các phương pháp khoa học tạo nên những tiến bộ lớn trongcác lĩnh vực sinh lý học, vi sinh, hóa sinh và dược học. Những tiến bộ này có vai trò như là cơ sở cho các phương pháp tiếp cận chẩn đoán và điều trị những bệnh tật thông thường của các bác sĩ trong thế kỉ 20.

Bắt đầu từ những năm 1980, người ta ngày càng hiểu biết thêm về cơ sở phân tử của di truyền học những tiến bộ trong lĩnh vực này đã giúp tìm ra một chân trời mới trong xác định cơ sở "thông thường" bệnh gene di truyền (ví dụ: bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm) cũng như sở những đặc điểm di truyền phức tạp (dụ, tăng huyết áp). Các cơ sở phân tử trong sự tương tác giữa gene và môi trường cũng đã bắt đầu được xác định. Ngày nay, nhờ vào sự hỗ trợ của các kĩ thuật nhạy và chuyên biệt, các bác sĩ đã hiểu được cơ sở phân tử của các quá trình bệnh sinh phức tạp xác định nguy cơ các bệnh thông thường ở từng cá nhân. Muốn hiểu biết về y học hiện đại cần phải hiểu biết về di truyền học phân tử và cơ sở phân tử của bệnh.

Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan về di truyền học, trong đó PCR chỉ là một phương pháp ứng dụng các thành tựu khoa học để nhân bản các đoạn DNA (có thể là gene hoặc không) mà thôi, không phải là tất cả như một số người vẫn quan niệm. Nội dung về các nguyên tắc của y học phân tử đã và sẽ được nhấn mạnh ở từng phần cụ thể trong sách, không chỉ về genetics mà còn về epigenetics, proteomics, lipidomics,...

Acid deoxyribonucleic và mã di truyền

Tất cả các thông tin cần thiết để tạo thành một sinh vật đều được mã hoá từ deoxyribonucleic acid (DNA)  chứa trong hạt nhân của mỗi tế bào sinh vật. Các DNA này tạo nên bộ gene của sinh vật. Khung đường deoxyribose của DNA được tạo thành từ liên kết phosphodiester (5'-3') giữa cacbon thứ năm của vòng pentose này và carbon thứ ba của vòng pentose kế tiếp. Mỗi monomer deoxyribose phosphate liên kết cộng hóa trị với một trong bốn nucleic acid base: adenine purin (A), guanine (G), cytosine pyrimidines (C) và thymine (T). Và các nucleic acid base của 2 chuỗi này nối với nhau bằng các liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung.

Theo nguyên lí nhiệt động lực học thì adenine liên kết với thymidine và cytosine liên kết với guanine.

Trong bộ gene của con người, có khoảng 6 ×109 nucleotide hay 3 ×109cặp nucleotide, liên kết với nhau trong một chuỗi xoắn kép. Tính đặc trưng của DNA được qui định bởi trình tự các nucleotide, trình tự này được lưu trữ trong cấu trúc xoắn kép, tạo điều kiện sửa chữa lỗi cung cấp một cơ chế để nhân rộng các thông tin trong quá trình phân chia tế bào. Trình tự các nucleotide của một mạch đơn trong DNA đóng vai trò như một khuôn mẫu để cho quá trình nhân đôi (quá trình có DNA polymerases tham gia tháo xoắn chuỗi DNA để tạo nên những DNA con giống hệt DNA mẹ).

DNA được nén chặt và liên kết với chromatin protein để tạo thành nhiễm sắc thể trong nhân. Tế bào con người có 23 cặp nhiễm sắc thể, mỗi cặp đều chứa những trình tự nucleotide hay thông tin di truyền riêng biệt.Hầu hết các loại tế bào đều chứa nhiễm sắc thểở trạng thái lưỡng bội, dạng đơn bội chỉ gặp ở những tế bào giao tử. Thông tin di truyền của nhiễm sắc thểđược chứa trong gene. Gene được định nghĩa là một đơn vị trình tự nucleotide, có vai trò mã hóa những chuỗi polypeptide chuyên biệt trong bộ gene lưỡng bội của con người. Có gần 30000 đến 40000 gene không có chức năng mã hóa protein và chức năng của chúng cũng chưa được biết rõ. Trung bình mỗi nhiễm sắc thể có từ 3000 đến 5000, có kích thước từ 1kilobase(kb) đến 2 megabase (Mb).

Hình 47.1: Cấu trúc DNA. Ở bên trái hình là cấu trúc của từng nucleotide với 4 loạinucleic acid base. Ở bên phải hình là cấu trúc xoắn kép của DNA được tạo nên bởi những liên kết hydro, guanine (G) nối với cytosin (C) bằng 3 liên kết hydro còn adenine (A) nối với thymine (T) bằng 2 liên kết hydro.

Vị trí của cácgene trên nhiễm sắc thể rất quan trọng đối với quá trình tiếp hợp và trao đổi đoạn trong giảm phân. Trong quá trình tái tổ hợp thông tin di truyền, các nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng (1 có nguồn gốc từ bố và 1 có nguồn gốc từ mẹ) sẽ tiếp hợp và trao đổi đoạnđể tạo nên 1 tổ hợp mới. Khả năng tái tổ hợp thường phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 allele và khoảng cách này được tính bằng centimorgan: 1 centimorgan được qui định là khoảng cách giữa 2 allele mà ở khoảng cách này 2 allele có 1% cơ hội xảy ra hoán vị (hay bắt chéo trao đổi đoạn). Hiện tượng trao đổi đoạn này giúp tạo nên nhiều tổ hợp mới ở các thế hệ sau và qua đó giúp tạo nên sựđa dạng cho bộ gene của loài. Thông qua phân tích xu hướng di truyền cùng nhau của các cặp allele chuyên biệt ta biết được rằng khoảng cách tái tổ hợp trong bộ gene con người xấp xỉ khoảng 3000 centimorgan.

Quá trình tổng hợp protein diễn ra trong bào tương, quá trình này giúp chuyển thông tin di truyền từ DNA trong nhân thông qua mRNA ra bên ngoài bào tương. RNA khác DNA ở 2 điểm trong cấu trúc: (1) khung polymer của RNA được tạo bởi các phân tử đường ribose liên kết với nhau bởi liên kết phosphodieste, (2) RNA cónucleic acid base là U(uracil) thay cho T(thymine) trong DNA. mRNA được tạo ra thông qua hoạt động của enzyme DNA-dependent RNA polymerase trong quá trình phiên mã, men này sao chép chuỗi"antisense" của chuỗi xoắn kép DNA để tạo nên mRNA mạch đơn, mRNA này giống với chuỗi "antisense"của chuỗi xoắn kép DNA. mRNA mới tạo thành bao gồm những đoạn exon (có khả năng mã hóa) nằm xen kẽ với các đoạn intron (không có khả năng mã hóa) nên chúng còn trải qua quá trình cắt để tạo nên mRNA trưởng thành chỉ bao gồm các exon. Những mRNA trưởng thành này sẽ ra khỏi nhân đi vào bào tương và bắt đầu quá trình dịch mãđể tạo thành các chuỗi polypeptide.

Hình 47.2: Bắt chéo và tái tổ hợp. A, 2 nhiễm sắc thể lưỡng bội 1 cặp từ bố và 1 cặp từ mẹ (đỏ và xanh), 2 locus gene được đánh dấu bằng hình tròn và hình vuông. B, bắt chéo của một nhiễm sắc thể lưỡng bội từ một từ bố và một từ mẹ. C, Kết quả của quá trình bắt chéo và trao đổi đoạn.

Tổng hợp protein (dịch mã) xảy ra tại ribosome (phức hợp có phân tử lượng lớn của protein và rRNA ở trong bào tương). Dịch mã là sự chuyển các mã bộ ba di truyền kế tiếp nhau thành các amino acid. Có 64 bộ ba mã hóa được tạo bởi 4 loại nucleotide nhưng chỉ có 20 amino acid khác nhau như vậy một amino acid có thể được mã hóa từ nhiều bộ ba mã hóa. Bắt đầu quá trình dịch mã, tRNA mang amino acid thích hợp sẽ nhận diện và liên kết với bộ ba mã hóa trên mRNA bằng bộ ba đối mã trên nó. Lưu ý: MộttRNA chỉ liên kết được với một amino acid. Tiếp theo các enzym trên ribosome tạo liên kết peptid để nối các amino acid lại với nhau, sau đó tRNA sẽ tách khỏi mRNA. Các amino acid được tiếp tục thêm vào cho đến khi gặp bộ ba kết thúc và kết thúc quá trình dịch mã tại đây. Đây cũng là sự kiện cuối cùng trong quá trình chuyển thông tin từ chuỗi DNA trong nhân sang protein trưởng thành (DNA → RNA → protein). Các protein này ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng và chức năng của sinh vật. Nói cách khác, biểu hiện proteomics quyết định tính trạng chứ không phải khung nền DNA. Vì vậy sự bất thường trong cấu trúc hay chức năng của protein do sự thay đổi của chuỗi amino acid có thể gây nên sự biến đổi ở kiểu hình, thậm chí có thể gây bệnh.

Bảng mã gene

Hình 47.3: Dịch mã. Diện tăng cường (enhancer site) và diện giảm(silencer site)của DNA nằm ngược chiều 5’-3’ tính từ vùng promoter. Diện bắt đầu phiên mã (Transcription start site), diện NA polymerasase bắt đầu hoạt động để phiên mã, nằm xuôi chiều 5’-3’ tính từ vùng promoter, sau diện này là chuỗi các gen mã hóa exon và intron nằm xen kẽ với nhau.

 

Hình 47.4: Dịch mã. Phân tử mRNA mang các bộ ba mã hóa còn phân tử tRNA mang bộ ba đối mã và các amino acid chuyên biệt. Hình thể hiện chuỗi polypeptide ngắn đang được kéo dài A = adenine; C = cytosine; CYS = cysteine; G = guanine; MET = methionine; PRO = proline; THR = threonine; U = uracil.

 

Điều hòa biểu hiện gene

 

Các thông tin trong bộ gene thực tế sẽ không có chức năng nếu thiếu các cơ chế điều hòa biểu hiện gene. Thời điểm, thời gian tồn tại, vị trí và tầm quan trọng của quá trình biểu hiện genelà các yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh hình dạng, chức năng của tế bào, và quá trình cũng được điều khiển bởi chính bộ gene. Điều hòa biểu hiện gene chủ yếu thường xảy ra ở giai đoạn phiên mã gene. Sự phiên thông tin di truyền từ DNA sang mRNA được thực hiện bởi DNA-dependent RNA polymerase chuyên biệt.

 

Điều hòa phiên mã là một quá trình phức tạp xảy ra ở nhiều cấp độ. Quá trình điều hòa biểu hiện gene không đơn thuần chỉ bằng các cơ chế bề mặt (marginal) mà hơn hết, có sự tham gia của các housekeeping gene hay các gene cơ hữu (constitutive) trong hoạt động sinh lý của tế bào. Các gene này mã hóa các protein cần cho chức năng bình thường hay sự sống của tế bào vì vậy chúng giữ cho cơ thể sinh vật ở trạng thái cân bằng dưới các biến động của môi trường. Ngược lại, nhiều gene khác không biểu hiện hay chỉ biểu hiện một phần khi bình thường, nhưng khi cơ thể gặp stress hay tế bào gặp phải một agonist làm tế bào tạo nên một đáp ứng khác với bình thường, biểu hiện của các gene này sẽ được tăng cường hay giảm nhẹ. Chúng được gọi là các gene hậu lập (inducible). Sau các đáp ứng thích nghi này kiểu hình thường thay đổi để đảm bảo sự cân bằng nội môi cho tế bào hoặc sinh vật.

Quá trình phiên mã bắt đầu tại vị trí bắt đầu phiên mã (ở đầu 5’ của gene). Tại đây có những chuỗi nucleotide hỗ trợ cũng như kiểm soát quá trình phiên mã. Đây này gọi là vùng promotercủa gene và thường gồm 2 cấu trúc (1) chuỗi nhiều adenine và thymine (còn gọi là TATA box), (2) 1 chuỗi 100 base tại vị trí bắt đầu phiên mã.Vùng điều hòa hoạt động phiên mã của DNA được gọi là “cis-acting regulatory sequences”, và các phân tử protein bám vào DNA để điều hòa phiên mã được gọi là được gọi là “trans-acting factors” hay yếu tố phiên mãvà thường được mã hóa bởi các gene khác. Các yếu tố này bám vào cis-acting regulatory sequences (hay còn gọi là thành tố đáp ứng). Hiện nay có nhiều loại yếu tố phiên mã đã được xác định và chúng thường ở dạng cấu trúc bậc 2 của protein (motifs xoắn vòng xoắn, motifs ngón tay kẽm, và leucine-zipper motifs)

 

Ngoài vị trí bắt đầu phiên mã,gene còn có các diện tăng cường(enhancer sites). Chúng nằm rất xa vị trí bắt đầu phiên mã (có thể ở tận đầu 3’ của gene) và không có hướng rõ ràng. Trans-acting factors bám vào các vị trí tăng cường và thay đổi cấu trúc bậc 3 hay hình dạng của DNA bằng cách tăng cường sự bám và liên kết của phức hợp khởi động phiên mã(transcription-initiation complex) tại vùng promoter. Sự biến đổi về sinh hóa của các “promoter sequences” hay “enhancer sequences” nhất định, như sự methyl hóa của trình tự có nhiều đoạn GC lập lại (GpC sequences)cũng có thể điều hòa hoạt động phiên mã, sự methylation thường ngăn chặn quá trình phiên mã. Thuật ngữ “silencer elements” và “suppressor elements” dùng để chỉ những trình tựcis-acting nucleotide làm giảm hoặc ngăn chặn quá trình phiên mã của genesau khi trans-acting factors bám và nhận diện các chuỗi chuyên biệt.

 

Các mRNA chưa trưởng thành sau khi được tổng hợp tại nhân sẽ trải qua sự điều chỉnh để trở thành mRNA trưởng thành và cuối cùng là đi vào quá trình tổng hợp protein. Ban đầu, các mRNA chưa trưởng thành biến đổi cả 2 đầu tận 3’ và 5’. Cap (cấu trúc nucleotide đặt biệt) được gắn vào đầu 5’ để tăng sự bám vào ribosome và tăng hiệu quả của quá trình dịch mã. Đầu 3’sau khi được thêm vào một chuỗi polynucleotide của nhiều base adenine (đuôi poly A) để tăng tính bền vững cho mRNA chúng bị cắt đi khoảng 1 đoạn khoảng 20 nucleotide.

 

Ngoài những thay đổi trên, mRNA còn trải qua những thay đổi khác như loại bỏ các đoạn intron trong mRNA chưa trưởng thành. Quá trình loại bỏ các đoạn intron được thực hiện rất chính xác nhờ vào sự tạo thành của spliceosome (có cấu trúc loop hay lariat-like chứa các đoạn intron phải loại bỏ)  Chỉ sau khi được lại cắt loại intron, mRNA mới có thể ra khỏi nhân và đi vào bào tương và bắt đầu quá trình dịch mã.Alternative splicing pathways (ví dụ: alternative exonic assembly pathways) ở những gene chuyên biệt tạo nên một diện khác cho quá trình điều hòa phiên mã.

 

mRNA trưởng thành có thể được chuyển thành complementary DNA (cDNA) thông qua hoạt động của enzyme phiên mã ngược(reverse transcriptase), một enzyme tổng hợp DNA trên khuôn mẫu của RNA. Việc này đã giúp ngành sinh học phân tử tiến một bước lớn vì xét về mặt hóa học thì cDNA bền hơn mRNA hơn nữa cDNA có thể được dòng hóa và biểu hiện của các protein được mã hóa từ cDNA được biểu hiện trong hệ thống nuôi cấy tế bào gốc. Khi chuỗi của cDNA thay đổi hoặc đột biến có thể tạo ra các sản phẩm có chức năng sinh hóa khác.

 

Vài đoạn trong chuỗi không mã hóa tại đầu 3’ và 5’ của mRNA trưởng thành có chức năng điều hòa quá trình dịch mã. Đến bây giờ, người ta biết nhiều về quá trình điều hòa phiên mã hơn là quá trình điều hòa dịch mã vì dịch mã xảy ra ở hầu hết các loài và thời gian bán hủy hay độ bền vững của các mRNA cũng ảnh hưởng đến quá trình biểu hiện gene. Vùng không mã hóa tại đầu 3’ của mRNA có các chuỗi có khả năng điều chỉnh độ nhạy của các tín hiệu trong việc phân chia và thoái hóa nhân, tính ổn định của các chuỗi chuyên biệt và sự phụ thuộc vào trans-acting factors bám vào mRNA.

 

Đa dạng gene, đa dạng dân số và hiện tượng đa hìnhgene

 

Đột biến là sự thay đổi DNA được di truyền mà không quan tâm đến việc thay đổi DNA có làm thay đổi chức năng hay không mà chỉ quan tâm. Đầu tiên, đột biến được định nghĩa dựa vào những thay đổi kiểu hình được di truyền của sinh vật. Giữa thế kỉ 20, khi các kiểu hình sinh hóa được hiểu rõ hơn, các nhà nghiên cứu đã nhận thấy rằng có rất nhiều protein tồn tại ở nhiều dạng vì có nhiều gene mã hóa các protein đó. Cùng với tiến bộ của phương pháp giải mã DNA (DNA sequencing methods), đột biến được định nghĩa là sự thay đổi trong cấu trúc DNA. Mặc dù đa số đột biến đều được di truyền, nhưng có những vùng trong bộ gene chứanhững chuỗi gọi là những đoạn lặp lại sóng đôi (tandem repeats) làm cho vài đột biến không bền vững như các đột biến khác. Các đoạn lặp lại sóng đôi này sẽ được bàn đến ở phần sau của chương này.

 

Bảng 47-1. Cơ sở phân tử của các đột biến

 

Loại

Ví dụ

Đột biến điểm

Mất

α-Thalassemia, polycystic kidney disease

Thay

Im lặng

Cystic fibrosis

Sai nghĩa

Sickle cell anemia, polycystic kidney disease, congeneital long QT syndrome

Vô nghĩa

Cystic fibrosis, polycystic kidney disease.

Đột biến lớn trên gene hay nhiều gene(Gene or Gene Cluster)

Mất

Duchenne's muscular dystrophy

Thêm

Factor VIII deficiency (hemophilia A)

Nhân đôi

Duchenne's muscular dystrophy

Đảo

Factor VIII deficiency

Expanding triplet

Huntington's disease

 

Đột biến rất lớn trên đoạn của nhiễm sắc thể hay nhiễm sắc thể(Chromosomal Segment or Chromosome)

Mất

Turner's syndrome (45, X)

Lệch bội

Trisomy 21

Chuyển đoạn

XX male [46X, t(X;Y)]*

*Đoạn nhiễm sắc thể Y qui định sự biệt hóa tinh hoàn được chuyển sang nhiễm sắc thể X.

 

Đột biến phân tử trong tự nhiên rất đa dạng. Đột biến điểm có các dạng: mất, thêm, thay thế 1 nucleotide. Đột biến thay có thể là đột biến im lặng (khi đột biến này không làm thay đổiamino acid do amino acid này được mã hóa bởi nhiều bộ ba khác nhau), đột biến sai nghĩa (khi đột biến này làm thay đổi amino acid), đột biến vô nghĩa (khi đột biến làm bộ ba mã hóa bình thường thành bộ ba kết thúc). Đột biến điểm cũng có thể thay đổi quá trình của mRNA chưa trưởng thành bằng cách tạo những diện cắt thay đổi (alternate splice site)hay loại bỏ một diện cắt(splice site) trước đó. Đột biến lệch khung làđột biến mất hoặc thêm 1 hay 2 nucleotide và dẫn đến kết thúc sớm quá trình dịch mã. Ngoài đột biến điểm còn có đột biến khác lớn hơn như các đột biến ảnh hưởng đến toàn bộ gene hay những gene kế tiếp nhau; đột biến làm mất, thêm và chuyển 1 đoạn của nhiễm sắc thể này sang nhiễm sắc thể khác; thêm hay mất một nhiễm sắc thể.

 

Mỗi cá thể đều có 2 allele cho mỗi locus gene, một từ bố và một từ mẹ. Ở mỗi locus gene, 2 allele giống nhau thì ta gọi đó là thể đồng hợp tử còn nếu 2 allele khác nhau thì đây là thể dị hợp tử. Nhờ có sự hiểu biết ngày càng sâu hơn về cơ sở phân tử của đột biến và sự đa dạng allele, sự phân bố của allele trong dân số có thể được phân tích sâu hơn bằng cách nghiên cứu các chuỗi DNA nhất định. Sự khác nhau giữa các chuỗi DNA được nghiên cứu qui định những kiểu hình khác nhau của cùng một tính trạng được gọi là sự đa hình gene (genetic polymorphism), các biểu hiện khác nhau của một tính trạng này cho ta thấy sự đa dạng của các loài nghiên cứu và giữa các loài với nhau. Thông qua việc phân tích các kiểu hình của cùng một tính trạng trong bộ gene người trong bộ gene người, ta biết được rằng sự đa dạng về chuỗi DNA là rất lớn. Ở mỗi thể hệ loài, tần số đa hình gene ởmỗi gene thay đổi từ 10-4 đến 10-7, như vậy ứng với số genetrong bộ gene người, có từ 0.5% đến 1.0% các chuỗi base của bộ gene người có tính đa hình (polymorphic). Trong trường hợp này, đột biến được định nghĩa là một dạng của đa hình gene thuộc về allele (allelic polymorphism) gây nên những khiếm khuyết về mặt chức năng của tế bào hay cơ thể sinh vật. Tỉ lệ xảy ra các đột biến có hại rất thấp bởi chọn lọc tự nhiên đã loại bỏ các đột biến gây hại nhất khỏi quần thể và gene thay đổi có thể có hoặc không tạo sự thay đổi về kiểu hình (polymorphic change): trong bộ gene, có những nơi bộ gene bị thay đổi nhưng lại không tạo nên sự thay đổi về kiểu hình. Người ta có thể phân chia sự khác nhau về kiểu hình trong chuỗi DNA ở mỗi cá thể thành 2 loại: (1) gây nên những thay đổi lành tính ở kiểu hình (normal genetic variation),(2) gây nên những thay đổi có hại ở kiểu hình (đột biến). Loại 2 chia thành 2 nhóm nhỏ hơn: (1) là nhóm những đột biến có tính đa hình gene mà chỉ cần 1 đột biến nhóm này có thể tạo nên những bất thường về chức năng của kiểu hình (bệnh đơn gene, ví dụ như: bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm), (2) là nhóm những đột biến mà chỉ 1 đột biến nhóm này không tạo nên sự thay đổi trong kiểu hình về chức năng mà cần phải cần kết hợp với các đột biến khác để tạo nên thay đổi này (bệnh đa gene, ví dụ như cao huyết áp điển hình - essential hypertension).

 

Sơ đồ mô tả các mối quan hệ giữa gene - gene và gene - môi trường liên quan tới bệnh tật.

 

Hiện được đa hình thường gặp ở những vùng không mã hóa của bộ gene hơn là những vùng mã hóa, đặc biệt là những vùng cóđoạn lặp lại sóng đôi (tandem repetition) (là sự lặp đi lặp nhiều lần của những đoạn DNA ngắn), nếu những đoạn lặp lại sóng đôi này dài người ta gọi là“variable number tandem repeats” còn nếu chúng ngắn người ta gọi làshort tandem repeats”. Trong quá trình nguyên phân, số lượng của những đoạn lặp lại sóng đôi có thể thay đổi, và tần số xảy ra các lỗi sao chép cao đến mức có thể dẫn đến sự thay đổi chiều dài của vùng có đoạn lặp lại sóng đôi, mặc dù vậy tỉ lệ thay đổi chiều dài đoạn lặp lại sóng đôi này cũng nhỏ đến mức làm các kiểu hình thay đổi hữu ích trở thành kiểu hình ổn định trong gia đình. Các đoạn lặp lại sóng đôi có tính đa hình (polymorphic tandem repeats) rất tiện ích cho việc xác định tính di truyền trong gia đình của các locus gene. Hơn nữa chúng còn đóng vai trò như một genetic marker của vài gene xác định để phân tích liên kết của các gene này trong giai đoạn bắt chéo và tái tổ hợp.

 

Gene và bệnh

 

Bệnh về gene của người được chia làm 3 loại chính: (1) bệnh gây ra bởi 1 gene (bệnh đơn gene hay mendelian traits), (2) bệnh gây ra bởi nhiều gene (bệnh đa gene hay complex disease traits), (3) các đặc tính tự nhiên của nhiễm sắc thể.  Trong cả ba loại bệnh này, yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến biểu hiện của bệnh bằng cách điều hòa quá trình biểu hiện gene hay làm lộ ra những bất thường sinh hóa không biểu hiện nếu không có kích thích hoặc stress. Các rối loạn đơn gene cổ điển bao gồm các bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm, cholesterol máu cao di truyền và u nang xơ hóa (cystic fibrosis). Điểm đáng chúý là sau khi nghiên cứu những bệnh về gene này là kết quả của đột biến đơn riêng biệt (như thiếu máu hồng cầu hình liềm), hay của một trong vài đột biến trong một gia đình (như choslesterol máu cao di truyền và u nang xơ hóa (cystic fibrosis) trong  mô hình Pauling), người ta nhận thấy rằng người mắc những bệnh này có thể không mắc những bệnh khác. Ví dụ: người bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm sẽ không bị sốt rét (falciparum malaria) và người bệnh u nang xơ hóa (cystic fibrosis) sẽ không bị tả (cholera). Các bệnh đa gene là bệnh đái tháo đường type 1 (phụ thuộc insulin), bệnh xơ vữa động mạch và cao huyết áp điển hình. Rối loạn về nhiễm sắc thể thường gặp nhất là trisomy 21 (có 3 nhiễm sắc thể 21). Tần số bệnh đơn gene xấp xỉ 1%, bệnh đa gene gần 60% (bao gồm cả những rối loạn về gene có thể tiến triển thành bệnh sau này) và các rối loạn nhiễm sắc thể chiếm 0,5%. Điều đáng chúý là những bất thường về nhiễm sắc thể thường do phá thai và dị tật.

 

Trái ngược với những nhận định của các nhà nghiên cứu gene lúc trước, chỉ có vài kiểu hình được qui định bởi chỉ một locus gene. Vì vậy, những rối loạn đơn gene rất hiếm gặp, mặc dù vậy, các rối loạn này cũng rất cóích trong việc tìm hiểu về các nền tảng của di truyền. Có ba loại rối loạn đơn gene: (1) nhiễm sắc thể thường trội, (2) nhiễm sắc thể thường lặn, và (3) liên quan tới NST X. Tính trội và tính lặn do các allele trong 1 locus tương tác với nhau biểu hiện thành. Nếu đột biến chỉ xảy ra ở một allele nhưng lại có thể làm thay đổi kiểu hình thì được gọi làđột biến trội, nghĩa là chỉ cần ở kiểu gene là kiểu dị hợp, kiểu hình đã được biểu hiện; còn nếu đột biến cần xảy ra ở cả 2 allele để tạo nên sự thay đổi kiểu hình thì đột biến đó được gọi là đột biến lặn, nghĩa là kiểu gene cần ở kiểu đồng hợp thì kiểu hình mới được biểu hiện. Đột biến trội hay lặn đều có thể dẫn đến sự tăng hoặc giảm chức năng của sản phẩm từ gene. Điều qua trọng trong việc xác định bệnh gene tiềm tàng được di truyền bởi một trong ba cơ chế trên là nếu phát hiện được bệnh là do di truyền thì bệnh chắc chắn phải có bất thường ở một gene dẫn đến bất thường ở một protein mà gene đó mã hóa. Những bệnh về gene cổ điển thường do đột biến trên các chuỗi mã hóa của gene. Mặc dù vậy đột biến ở đoạn intron hay những vùng ko dịch mã của bộ gene cũng có thể làm rối loạn chức năng và biểu hiện của vài gene; ví dụ những bệnh liên quan đến các loại đột biến này thường bao gồm loạn dưỡng cơ (myotonic dystrophy) và Friedreich's ataxia.

 

  

 

 

Sơ đồ đột biến gene trội

Sơ đồ đột biến gene lặn

Sơ đồ đột biến trên NST X

Sơ đồ đột biến di truyền theo dòng mẹ

 

Cơ hội truyền đột biến cho con của các cá thể mang rối loạn đơn genetrội là 50%, đàn ông và phụ nữ đều có xác suất mắc bệnh và xác suất di truyền cho con ngang nhau và nếu cha mẹ không có biểu hiện bệnh thì không thể truyền đột biến cho con. Ngược lại những cá thể mang rối loạn đơn genelặn thường có ba mẹ đều không có bệnh; ở những bố mẹ mắc bệnh, mỗi cặp dị hợp đột biến có 25% cơ hội truyền đột biến cho con và đột biến này gây ra biến đổi ở kiểu hình nhưng có 50% cơ hội tạo ra các cá thể lành mang bệnh.

 

Mặc dù vậy, khả năng truyền các rối loạn đơn gene thường gặp (như thiếu máu hồng cầu hình liềm), biểu hiện kiểu hình bệnh trên lâm sàng rất đa dạng. Sựđa dạng trong biểu hiện lâm sàng được định nghĩa là tập hợp các kiểu hình thay đổi quan sát được ở các cá thể mang một đột biến nhất định; độ rộng thường biến là tập hợp những cá thể có biểu hiện lâm sàng khác nhau của một đột biến. Có ba yếu tố chính quyết định sựđa dạng trong biểu hiện lâm sàng của một rối loạn vềgene cho trước: yếu tố môi trường, ảnh hưởng của vị trí gene khác, xác suất cơ hội(random chance). Yếu tố môi trường có thểtác động vào các yếu tố phiên mã (ví dụ như (1) các yếu tố phiên mã nhạy cảm với dạng oxi hóa –khử của tế bào [yếu tố nhân κB]; (2)cis-elements trong  phần promoter của gene [ví dụ như quá trình methyl hóa phụ thuộc folate(folate-dependent methylation) của vùng CpG-rich] hay (3) bằngprotein điều hòa hòa hậu dịch mã(post-translationally modifying proteins) như lysine oxidation, làm thay đổi quá trình biểu hiện gene và cuối cùng làm biến đổi kiểu hình bệnh. Các gene biến đổi kết quả của đột biến (disease-modifying genes) làm thay đổi kiểu hình phản ánh quá trình gene điều khiển quá trình biểu hiện kiểu hình bệnh. Có rất nhiều ví dụ cho sự tương tác gene-gene (tương tác mà ở đó các disease-modifying genes thay đổi biểu hiện bệnh) hay sự tương gác gene-môi trường (yếu tố môi tác động làm thay đổi kiểu hình). Những tương tác này rất quan trọng ở bệnh đa gene, tương tác gene-gene và tương tác môi trường-gene có thể thay đổi biểu hiện của bệnh. Ví dụ, ở các bệnh nhân mắc bệnh thiểu máu hồng cầu hình liềm, một số bị lên cơn đau, một số lại có hội chứng đau ngực cấp, số khác lại có biểu hiện thiếu máu.

 

Người ta đã tìm thấy các rối loạn gene ảnh hưởng đến “unique pool”của DNA, DNA trong ti thể (DNA trong ti thể chỉ được di truyền từ mẹ). Hơn nữa, đột biến xảy trên DNA ti thể có thể khác nhau giữa các DNA ti thể trong cùng một tế bào hay trong một cá thể [ví dụ các rối loạn đột biến trên bộ gene ti thể là hội chứngKearns-Sayre và bệnh lý thần kinh mắt di truyền(Leber's hereditary optic neuropathy)]. Ngày càng có nhiều rối loạn bộ gene ti thể và chiếm phần rất lớn trong nguyên nhân gây ra các rối loạn đơn gene thường gặp.

 

Bản đồ gene

 

Muốn xác định được gene hay những gene gây các kiểu hình bệnh lí chúng ta cần phải biết về vị trí của các gene trong bộ gene người. Ban đầu, người ta xác định bản đồ gene bằng cách quan sát băng nhiễm sắc thể thông qua kĩ thuật phân tích gene chuẩn và xem xétsự liên quan của một locus gene nhất định với các diện băng sọc, sau đó,người ta xét sự liên quan của một locus gene nhất dịnh với vị trí các nhiễm sắc thể được xác định bởi các molecular marker. Quá trình hình thành bản đồ gene bao gồm xác định thứ tự và khoảng cách của từng locus trong bộ gene. Có 2 loại bản đồ: bản đồ gene và bản đồkiểu hình. Bản đồ gene xác định vị trí của gene ở locus gene bằng phương pháp thống kê dựa vào tần số tái tổ hợp của locus này với các locus khác. Bản đồ kiểu hình xác định vị trí gene ở locus gene bởi việc đánh giá trực tiếp khoảng cách giữa locus gene này với một hay nhiều marker xác định. 

 

Việc lập bản đồ gene trở nên dễ dàng hơn khi người ta phát hiện và áp dụng endonuclease giới hạn để xác định các chuỗi đặc trưng trong bộ gene. Endonuclease giới hạn [enzyme cắt cả khung (back-bone) và cầu nối hydrogen giữa 2 chuỗi DNA] là các enzyme, được tìm thấy lần đầu tiên trên vi khuẩn vào những năm 1970, có vai trò tách đôi DNA nhân; chúng còn được gọi là enzyme giới hạn vì chúng giới hạn sự xâm nhập của DNA ngoại lai vào vi khuẩn bởi hoạt tính phân giải nuclease của chúng. Các enzyme này chỉ tách đôi DNA khi chúng nhận diện được các chuỗi nucleotide biệt hóa cao trên DNA này. Ngày nay đã có hơn 200 endonuclease giới hạn được xác định. Các enzym này tính chuyên biệt rất cao và cơ chế tách đôi cũng rất khác nhau. Vài enzyme tách đôi chuỗi DNA mạch kép cùng vị trí trên mỗi mạch bổ sung và tạo đầu cùn (blunt end); số khác lại tách ở các vị trí khác nhau trên từng mạch bổ sung và tạo nên đầu tự do (free end) ở mỗi mạch, hay còn gọi là đầu có khả năng kết dính (sticky end). Tần số phân đôi phụ thuộc vào tần số các chuỗi giới hạn được nhận diện bởi các endonuclease giới hạn chuyên biệt.

 

 

 

 

 

Sơ đồ phương pháp tiếp cận bệnh di truyền

 

 

Hình 47.5: Phân tích liên kết. Phân tích sự liên hợp giữa đột biến (M) vàpolymorphic allelic marker (A) cho ta thấy rằng liên kết gần trong đột biến độc lập với allele A trong khi wild-type gene locus (WT) gắn với allele B.

 

Việc phân tích các sản phẩm của endonuclease giới hạn trong quá trình tiêu hóa DNA bằnggel điện di gọi là bản đồ giới hạn. Phân đoạn DNA mang mã đa hình [Resulting restriction fragment length polymorphisms (RFLPs)] được di truyền theo qui luật Mendel và khác nhau ở từng cá thể bởi sự khác nhau trong cấu trúc chuỗi gene. Các hiện tượng đa hình này đóng vai trò như một genetic markers cho những locus gene nhất định trong bộ gene. Một trong những loại RFLP hữu ích nhất trong việc định vịgeneđược tạo nên bởi các chuỗi lập lại sóng đôi 12 nucleotide mã hóa cho 4 amino acid theo trình tự “CYAR”. Vùng có đoạn lặp lại sóng đôicó thể ngắn (cóít hơn 4 nucleotid, được gọi làtrình tự lập lại sóng đôi ngắn) hoặc dài. Các đoạn lặp lại sóng đôi được tạo ra thông qua quá trình “slippage” hay lặp lại của chuỗi DNA trong giai đoạn nhân đôi của các STRs. STR lại có mặt ở khắp nơi trong bộ gene và có tính đa hình cao. Điều quan trọng ở các marker này là chúng có 2 allele khác nhau trên cùng một locus, một allele từ bố và một allele từ mẹ, vì vậy nguồn gốc của 2 nhiễm sắc thể có thể xác định thông qua phân tích này.

 

Các geneomic marker được tạo nên bởi các trình tự lập lại sóng đôi đa hình cao (highly polymorphic tandem repeats) đã cho ta cơ sở để lập bản đồ các locus gene thông qua quá trình liên hợp và kết nối các marker được chọn. Phân tích liên kết dựa trên một nguyên tắc đơn giản đó là locus gene được nghiên cứu và marker càng dễ xảy ra bắt chéo trong giảm phân thì khoảng cách giữa chúng càng xa. Độ dài của liên kết gene có thể được xác định bởi bất kì một nhóm locus nào mà có thể có đột biến gene gây bệnh. Vì tần số tái tổ hợp không giống nhau ở các gene trong bộ gene nên bản đồ gene không hoàn toàn tương quan với bản đồkiểu hình ở vài locus nhất định. Quá trình tạo nên bản đồ kiểu hình cần rất nhiều kĩ thuật phân tử hiện đại như cắt DNA thành từng mảnh lớn bằng restriction endonucleases (enzyme tách đôi DNA tại vài diện), phân chia những mảnh này bằng một loại kĩ thuật điện di đặc biệt (pulse-field gel electrophoresis), cấy các mảnh DNA để tạo đoạn mồi cDNA có chuỗi của gene nghiên cứu phù hợp với marker thông qua việc lai tạo trên gel agarose(Southern blot). Chương trình giải mã bộ gene người, bắt đầu vào giữa thập niên 80, đã cho ta thấy nổ lực của toàn cầu trong việc xác định tất cả các gene trong bộ gene, và khi hợp tác với Celera Corp, người ta đã lập nên một bản đồ thô về bộ gene của người. Kích thước, sự phức tạp và đa dạng trong chuỗi DNA đã gây khó khăn cho việc xác định chính xác phân tử của gene. Với kĩ thuật tái tổ hợp DNA (kĩ thuật tách các mảnh DNA nhỏ, đưa chúng vào các nguồn sinh học khác [vector] và truyền cho các tế bào nhân thực hoặc nhân sơ khác [dòng hóa]), việc xác định trình tự các chuỗi gene đã thuận lợi hơn. Kể từ khi kĩ thuật xác định trình tự và vị trí gene đích ra đời, kĩ thuật tái tổ hợp DNA được áp dụng để tách và xác định chính xác trình tự các chuỗi của gene dựa trên vị trí của gene này trong bộ gene. Điều quan trọng là phương pháp tiếp cận này không phụ thuộc vào sự hiểu biết về chức năng của sản phẩm từgene.

 

Muốn biết được bệnh do gen nào gây ra thì cần phải xác định các chuỗi gene cần nghiên cứu. Nếu genequi định kiểu hình bệnh được xác định, trình tự của nó được xác định bằng kĩ thuật giải trình tự cổ điển và cách sắp xếp, đột biến cũng có thể được xác định. Hiện nay có rất nhiều kĩ thuật dùng để xác định đột biến. Đột biến thêm hoặc mất một đoạn DNA lớn có thể được xác định bởi Southern blot, ở kĩ thuật này các DNA được phân lập vàtạo thành các chuỗi cDNA có các mảnh được đánh dấu bằng phóng xạ bằng cách ủ các DNA với những endonuclease chuyên biệt để tạo nên những mảnh nhỏ có thể được điều kiển bởi kĩ thuật điện di trên gel agarose. Như vậy, polymerase chain reaction (PCR) có thể được dùng để xác định đột biến. Trong kĩ thuật này, một chuỗi oligopeptide ngắn có từ 20 đến 40 base sẽ bổ sung vào các vùng của chuỗi DNA, mỗi mạch của DNA sẽ có mạch bổ sung riêng và đóng vai trò như một đoạn mồi trong việc khuếch đại chuỗi DNA cần nghiên cứu, các đoạn mồi này được thêm vào dung dịch DNA, nhiệt độ của dung dịch này tăng lên để tách đôi 2 mạch của DNA sau đó lại hạ xuống để tạo nên các đoạn mồi; thermolabile DNA polymerase được thêm vào để tổng hợp DNA mới theo hướng 5’-3’ từ primer annealing sites. Nhiệt độ tăng lên để tách đôi mạch kép DNA và sau đó lại giảm xuống để chu trình tổng hợp DNA khác tiếp tục xảy ra. Vài chu trình nhiệt được dùng để tăng dần dần nồng độ của chuỗi nghiên cứu.

 

Hình 47.6: Minh họa 2 chu kì của phản ứng PCR.

 

Nếu gene lớn và vị trí đột biến chưa được xác đinh, đặc biệt là điểm đột biến chưa biết, có thể dùng những phương pháp khác để xác định những diện tương đồng với diện đột biến trong chuỗi exon. Phương thức tiếp cận thường dùng bao gồm các bước sau:scan chuỗi gene đột biến (chuỗi này thay đổi cấu trúc của phức hợp ngắn giữa DNA mẫu và sản phẩm PCR), dung kĩ thuật điện trên agarose gel (single-strand conformational polymorphism). Việc thay thế hay mất một base có thể thay đổi hình dạng của phức hợp wild-type và vị trí mà phức hợp di chuyển đến trong kĩ thuật điện di. Giải mã vùng tương đồng của gene cũng hỗ trợ quá trình xác định chính xác đột biến.

 

Khi gene gây ra kiểu hình bệnh chưa được xác định, vị trí tương đối của gene trong bộ gene cũng chưa được xác định hay chỉ có vài thông tin cơ bản, phương pháp tiếp cận gene tiềm năng (candidate gene approach) có thể được dùng để xác định gene bị đột biến. Trong trường hợp này, gene tiềm năng được xác định dựa vào sự tương đồng của bộ gen với động vật hay bằng việc phân tích các gene đã được biết, sau đó gene tiềm năng sẽ được phân tích để xem gene này có xu hướng gây đột biến nào. Điều quan trọng là dù dùng bất cứ phương pháp tiếp cận nào đột biến được xác định bằng gene tiềm năng luôn phải được kiểm tra sự tương quan của đột biến này trong việc thay đổi chức năng ở sản phẩm từ gene vì những đột biến trong chuỗi exon có thể không ra thay đổi gì trong kiểu hình. Sự biến đổi chức năng gene có thể được xác định nhờ hệ thống nuôi cấy tế bào bằng cách đưa một vector có cDNA vào gene có loại đột biến cần xác định. Có nhiều cách để tăng biểu hiện gen đột biến trên động vật như đưa gene đột biến vào tiền nhân đực trong noãn bàocủa một con cái đang mang thai rất nhiều trứng, hay vào các tế bào có gene này bị gián đoạn làm sản phẩm gen không được tổng hợp, thậm chí là vào tế bào không có gene này.

 

Ứng dụng của phương pháp phân tử này trong nghiên cứu gene người là một bước tiến lớn trong lĩnh vực này. Nhờ phương pháp này, người ta có thể xác định được các đột biến nào gây ra kiểu hình bệnh dù không biết chính xác về gene bệnh hay sản phẩm từ gene này. Thông qua phương pháp tiếp cận phân tích liên kết phối hợp với PCR, các đột biến điểm đơn giản đã được xác định chính xác. Trong phương pháp di truyền học tế bào cổ điển, các đột biến chuyển vị nhiễm sắc thể, mất hoặc thừa nhiễm sắc thể có thể xác định nhờ vào sự thay đổi điểm tận trong quang phổ. Kĩ thuật situ hybridization (kĩ thuật có những đoạn lớn DNA dòng hóa được đánh dấu bởi flourescent tag và sau đó được đem đi lai với các DNA nhiễm sắc thể) có thể phát hiện được đột biến mất đoạn nhiễm sắc thể lớn vì nếu đoạn này mất thì sẽ không thể phát huỳnh quang tại vị trí nhiễm sắc thể tương ứng.

 

Thông qua kĩ thuật phân tử người ta có thể xác định chính xác cơ sở phân tử của bệnh di truyền. Bằng cách tận dụng độ nhạy của PCR trong việc khuếch đại các chuỗi acid nucleic hiếm, người ta đã có thể chẩn đoán nhanh chóng các bệnh nhiễm trùng có các chuỗi đó hiện diện. Nhiễm trùng gây ra bởi các sinh vật khó hoặc chậm sinh trưởng (ví dụ như Mycobacterium tuberculosis)có thể được chẩn đoán một cách nhanh chóng. Sự hiện diện của gene kháng sinh cũng có thể được kiểm định bằng kĩ thuật PCR. Trình tự bộ gene của các sinh vật như Escherichia coli, M. tuberculosis,Treponema pallidum đã giúp ta trong việc nghiên cứu dịch tễ học của nhiễm trùng, nghiên cứu quá trình xảy ra đột biến mắc phải, phương pháp điều trị kháng sinh thích hợp và phát triển liệu pháp gene đặc trưng cho các yếu tố nhiễm trùng mà các liệu pháp kháng sinh thông thường không có hiệu quả hay hiệu quả không cao.

 

Những tiến bộ trong y học phân tử đã góp phần rất lớn trong phương pháp chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư cũng như hiểu về cơ chế của quá trình tạo ra ung thư. Dựa vào các nghiên cứu mới đây, khối u phát triển từ sự tăng sinh không bình thường của tế bào. Các hư tổn DNA được tạo ra từ các yếu tố bên ngoài như phơi nhiễm phóng xạ hay do các yếu tố di truyền đều được tích tụ trong tế bào u của cha mẹ. Trong giai đoạn đầu của quá trình tạo ra ung thư, vài thay đổi về gene có thể được truyền lại một cách không ổn định vàqua đó có thể làm tổn thương thêm. Một lớp các gene được hoạt hóa trong quá trình tạo ung thư là oncogenes. Các gene này bình thường đã có trong bộ gene của động vật có vú nhưng ở trạng thái không hoạt hóa (proto-oncogene). Khi được hoạt hóa chúng sẽ hoạt hóa các con đường tín hiệu nội bào chuyên biệt qua đó gây ra sự tăng sinh tế bào không được kiểm soát.

 

Phương pháp phân tử dựa trên sự tiếp nhận các marker khối u chuyên biệt, chuỗi DNA đặc trưng được tạo từ oncogenetic markers của bất thường ở nhiễm sắc thể lớn (chuyển vị hoặc mất đoạn điều kiển sự tạo thành u) đã được áp dụng rộng rãi trong việc chẩn đoán u ác tính. Phương pháp này có thể cho ta thấy sự hiện diện các marker của u chuyên biệt và các gene gây ung thư trong mẫu sinh thiết, để điều chỉnh sự hiện diện hay sự kéo dài chu trình của tế bào ác tính sau khi hoàn thành liệu pháp hóa, hay để xác định sự phát triểntrong đề kháng của gene với nhân tố trong liệu pháp hóa. Hơn nữa, trong tương lai, các nghiên cứu sẽ thông qua việc phân tích liên kết cổ điển và phương pháp tiếp cận gene tiềm năng (candidate gene approaches) để xác định khuynh hướng chuyển thành u ác của từng cá thể.

 

Sự xuất hiện của kĩ thuật “gene chip” hay “expression arrays” đã giúp việc chẩn đoán phân tử tiến một bước lớn cũng như bắt đầu làm rõ quá trình bệnh sinh của những bệnh phức tạp. Các phương pháp này định danh các DNA được tạo ra từ “entire pool” của mRNA được tách từ các tế bào hoặc mẫu môđược đánh dấu bằng phóng xạ hay huỳnh quang và sau đó nuôi cấy các sản phẩm lai này vào chất nền rắn có nhiều chuỗi polynucleotide đã biết bám vào. Sau đó người ta quansát tín hiệu từ các chuỗi cDNA đã được định danh này để xác định chúng ở vị trí nào trên array và cuối cùng đem so với mẫu, Trong phương pháp này, “microarray pattern” có chức năng giống như molecular fingerprint để chẩn đoán một số bệnh cụ thể (như các bệnh ác tính, độ nhạy của chúng đối với điều trị) và cũng để xác định việc tăng hoặc giảm biểu hiện gene trong tình trạng bệnh nhất định [ví dụ xác định gen thay đổi bệnh (disease-modifying genes)].

 

Còn rất nhiều ứng dụng khác của kĩ thuật y học phân tử được dùng trong các bệnh nhiễm trùng và ung thư. Phương pháp phân tử được dùng để xác định chức năng các gen có khả năng điều chỉnh đáp ứng dược lí di truyền ở từng cá thể trong dân số (pharmacogeneomics), để xác định quan hệ cha con, xác định tối phạm và cả tiếp cận phân tích dịch tễ học trên nền tảng gene chính xác.

 

Liệu pháp gene

 

Nhiệm vụ chính của phương pháp phân tử này là để khôi phục chức năng gene thông thường ở các cá thể mang đột biến gene. Phương thức này còn rất mới và vẫn còn tiếp tục được nghiên cứu để phát triển.

 

Vấn đề chính là rất khó để chuyển một gene nguyên vẹn vào trong tế bào và thời gian biểu hiện của gene mới này không được biết chắc chắc vì ở mỗi bộ gene khác nhau có những quá trình điều hòa biểu hiện khác nhau. Vài ứng dụng của phương pháp này đã được sử dụng nhưng không có ứng dụng nào thành công một cách hoàn toàn. Phương pháp này bao gồm việc đưa cDNA vào vector virus như là các adenovirus đã được làm yếu đi, sau đó đưa virus này vào tế bào để cDNA có thể vào tế bào được dễ dàng hơn.

 

Một khi cDNA đã vào được tế bào, tầm quan trọng và sự kéo dài biểu hiện của sản phẩm từ gene rất đa dạng. Độ biểu hiện phụ thuộc vào số lượng cDNA được đưa vào tế bào và tương tác của các cDNA này trong bộ gene, thời gian biểu hiện gene phụ thuộc một phần vào khả năng đáp ứng miễn dịch (antigenicity) của các chuỗi và protein.

 

Mặc dù gặp phải những giới hạn trong kĩ thuật, liệu pháp gene đã được dùng trong điều trị thành công bệnh khiếm khuyết enzyme adenosin deaminase. Các thử nghiệm lâm sàng về liệu pháp gene để điều trị những rối loạn gene khác như dùng để giảm biểu hiện của therapeutic protein (vascular endothelial cell growth factor trong mô thiếu máu) đang được tiến hành.

 

Sửa lần cuối ngày 7/1/2013 - www.docsachysinh.com  

 Hãy cùng nhau chung tay xây dựng cộng đồng Y sinh học của Việt Nam bằng tri thức khoa học!

 Diễn đàn Đọc sách Y Sinh