Cơ-sở-di-truyền-học-phan-tử-va-tế-bao-Đinh-Đoan-Long-pdf

§ç Lª Th¨ng - §inh §oµn Long dµng nÕu xö lý nucleosome víi enzym H3 trypsin (lo¹i protease nµy c¾t protein ngay sau c¸c axit amin tÝch ®iÖn d−¬ng). Trypsin H3 dÔ dµng c¾t ®−îc phÇn ®u«i cña histon H4 nh−ng kh«ng thÓ c¾t ®−îc miÒn cuén xo¾n chÆt (nh− miÒn gÊp nÕp). §u«i N kh«ng ph¶i lµ vïng thiÕt yÕu cho sù liªn kÕt gi÷a ADN lâi víi octamer histon. Thay vµo ®ã, vai trß quan träng h¬n cña nã cã lÏ lµ tham gia ®iÒu hßa biÓu hiÖn c¸c gen qua sù biÕn ®æi cÊu tróc nucleosome. Nh÷ng biÕn ®æi ®ã bao gåm c¸c qu¸ tr×nh phosphoryl ho¸, acetyl ho¸ vµ methyl ho¸ c¸c gèc Ser vµ Lys n»m ë vïng ®Çu N cña c¸c histon. H2B H2B 7.3.2. CÊu tróc ph©n tö cña nucleosome CÊu tróc ba chiÒu cña h¹t lâi H2A H×nh 7.12. C¸c ®u«i histon (®Çu N) ë c¸c vÞ trÝ ®Æc nucleosome (h×nh 7.12) cho biÕt ho¹t ®éng biÖt cña nucleosome. §u«i histon H3 vµ H2B næi lªn chøc n¨ng cña nã. B¶n chÊt mèi t−¬ng t¸c tõ gi÷a hai ®o¹n chuçi xo¾n kÐp ADN quÊn quanh nucleosome. Ng−îc l¹i, c¸c ®u«i H4 vµ H2A næi lªn ë gi÷a histon víi ADN gióp gi¶i thÝch cho lùc c¶ mÆt trªn vµ d−íi cña phÇn ADN xo¾n kÐp quÊn hÊp dÉn cao gi÷a nucleosome (tÝch ®iÖn quanh nucleosome. C¸c ®u«i nµy lµm ADN quÊn d−¬ng) víi ADN (tÝch ®iÖn ©m), kh¶ n¨ng quanh nucleosome theo mét trËt tù nhÊt ®Þnh. biÕn d¹ng cña ADN khi g¾n vµo nucleosome vµ sù thiÕu tÝnh ®Æc hiÖu trong c¸c tr×nh tù ADN lâi n»m trong cÊu tróc Ra Vµo nucleosome. Ngoµi ra, mèi t−¬ng t¸c histon víi ADN cßn gióp gi¶i 12 thÝch b¶n chÊt ®éng häc cña nucleosome vµ qu¸ tr×nh l¾p r¸p nucleosome. Tuy kh«ng hoµn toµn ®èi xøng nh−ng cã thÓ coi 9 H3 H4 3 nucleosome cã tÝnh ®èi xøng hai bªn. Cã thÓ thÊy sù ®èi xøng ®ã nÕu H2A H2B h×nh dung bÒ mÆt ®Üa octamer nh− mÆt mét chiÕc ®ång hå víi ®iÓm gi÷a cña ®o¹n 147 bp n»m ë vÞ trÝ 12 giê (h×nh 7.13). Hai ®Çu ph©n tö 6 ADN sÏ ë c¸c vÞ trÝ 1 giê vµ 11 giê. Quay nucleosome quanh trôc ®ã 180o sÏ thu ®−îc h×nh ¶nh gièng víi tr−íc khi quay. Mçi “tø phøc H3- H4” vµ “phøc kÐp H2A-H2B” t−¬ng t¸c víi nh÷ng vïng kh¸c nhau trªn ph©n tö ADN. Trong ®ã, vïng gÊp nÕp histon cña “tø phøc H3-H4” t−¬ng t¸c víi vïng trung t©m gåm 60 bp trong sè 147 bp cña nucleosome. Vïng ®Çu N cña H3 (®o¹n xa vïng gÊp nÕp histon nhÊt) t¹o chuçi xo¾n α thø t− (h×nh 7.11a) ®Ó t−¬ng t¸c víi 13 bp cuèi cïng ë mçi ®Çu cña ®o¹n ADN liªn kÕt. NÕu chóng ta t−ëng t−îng octamer histon nh− mÆt ®ång hå th× “tø phøc H3-H4” chiÕm nöa trªn cña ®ång hå. Nh− vËy, “tø phøc H3-H4” chiÕm vÞ trÝ chñ chèt trong nucleosome v× nã võa g¾n víi ®o¹n gi÷a võa g¾n víi hai ®Çu cña ADN lâi. Mçi “phøc kÐp H2A-H2B” liªn kÕt víi kho¶ng 30 bp ë mét phÝa cña ®o¹n Vµo Ra trung t©m gåm 60 bp. NÕu h×nh dung trªn mÆt ®ång hå th× vÞ trÝ g¾n 12 kÕt cña ADN víi “phøc kÐp H2A-H2B” t−¬ng øng víi vÞ trÝ tõ 5 giê ®Õn 9 giê trªn c¶ hai mÆt ®ång hå. Nh− vËy 2 phøc kÐp H2A-H2B t¹o nªn H3 H4 39 phÇn ®¸y cña octamer. Sù t−¬ng t¸c ë ph¹m vi réng h¬n gi÷a “tø phøc H3-H4” vµ ADN so víi gi÷a “phøc kÐp H2A-H2B” víi ADN gióp gi¶i H2A H2B thÝch thø tù l¾p r¸p c¸c histon vµo nucleosome. Khi “tø phøc H3-H4” ®· g¾n kÕt víi ®o¹n gi÷a vµ hai ®Çu cña ADN lâi, nã sÏ bÎ cong ph©n tö 6 ADN ®Ó “phøc kÐp H2A-H2B” dÔ dµng g¾n vµo. Nh−ng nÕu “phøc kÐp H×nh 7.13. Sù ®èi xøng H2A-H2B” liªn kÕt víi ADN tr−íc, th× ®o¹n ADN liªn kÕt t−¬ng ®èi cña nucleosome. 234

Ch−¬ng 7. C¬ së di truyÒn häc nhiÔm s¾c thÓ ng¾n kh«ng ®ñ bÎ cong ph©n tö ADN ®Ó “tø phøc H3-H4” cã thÓ liªn kÕt vµo n÷a. Nh−ng ng−êi ta cho r»ng, kiÓu liªn kÕt h¹n chÕ gi÷a “phøc kÐp H2A-H2B” víi ADN l¹i phï hîp cho sù gi¶i phãng ADN khái nucleosome trong qu¸ tr×nh phiªn m·. C¬ chÕ ®ã cho phÐp ADN polymerase cã thÓ tiÕp cËn ADN khi phiªn m·. 7.3.3. Histon t−¬ng t¸c víi ADN ë nhiÒu tiÕp ®iÓm kh«ng phô thuéc vµo tr×nh tù cña c¸c axit amin vµ nucleotide ViÖc xem xÐt chi tiÕt h¬n mèi t−¬ng t¸c gi÷a c¸c histon víi ADN ở nucleosome cho thÊy cã 14 tiÕp ®iÓm kh¸c nhau gi÷a ADN víi c¸c histon lâi. ë mçi tiÕp ®iÓm, khe phô cña ADN ë vÞ trÝ trùc diÖn víi octamer. Trong ®ã, sè liªn kÕt hydro h×nh thµnh gi÷a ADN víi histon ë mçi tiÕp ®iÓm lµ kh¸ lín (~140). PhÇn lín c¸c liªn kÕt hydro ®ã ®−îc h×nh thµnh gi÷a c¸c nguyªn tö hydro cña c¸c histon víi c¸c nguyªn tö oxy trong liªn kÕt phosphodieste cña khung ®−êng-phosphate n»m ë khe phô trªn chuçi xo¾n kÐp ADN. 7.3.4. §u«i histon cã vai trß “cè ®Þnh” ADN quanh octamer Còng cã ®«i ®iÒu cÇn nãi vÒ vai trß ®o¹n ®u«i N cña histon trong cÊu tróc nucleosome. NÕu coi octamer nh− mÆt ®ång hå, th× mét ®iÓm ®¸ng chó ý lµ bèn ®u«i H2B vµ H3 næi lªn tõ kho¶ng c¸ch t−¬ng ®èi ®Òu nhau quanh octamer. Trong ®ã c¸c ®u«i cña H2B t¹i c¸c vÞ trÝ t−¬ng øng víi kho¶ng 4 giê vµ 8 giê; cßn H3 t¹i c¸c vÞ trÝ 1 giê vµ 11 giê (h×nh 7.13). §iÓm ®Æc biÖt lµ c¸c ®u«i histon H3 vµ H2B ®i ra tõ phÇn gi÷a cña chuçi xo¾n kÐp ADN quÊn quanh nucleosome. “§−êng dÉn” h×nh thµnh bëi hai vßng cuèn liÒn kÒ cña ADN quanh octamer t¹o nªn “kho¶ng trèng” ®ñ cho mét chuçi polypeptide ®i ra. Ng−îc l¹i, c¸c ®u«i N cña c¸c histon H2A vµ H4 næi lªn ë hai mÆt trªn vµ d−íi cña “®Üa” octamer; H4 ë vÞ trÝ 3 giê vµ 9 giê, cßn H2A ë c¸c vÞ trÝ 5 giê vµ 7 giê. B»ng viÖc næi lªn ë c¶ gi÷a vµ vÒ c¶ hai phÝa cña chuçi xo¾n kÐp ADN, c¸c ®u«i histon t¹o nªn cÊu tróc gièng nh− “ren” cña chiÕc “èc vÝt”, l¸i ph©n tö ADN quÊn quanh octamer theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i. 7.4. C¸c bËc cÊu tróc cao h¬n cña chÊt nhiÔm s¾c 7.4.1. Histon H1 g¾n víi ®o¹n ADN nèi H1 lµ protein nhá, tÝch ®iÖn d−¬ng, liªn kÕt víi vïng ADN nèi gi÷a c¸c nucleosome lµm t¨ng c−êng sù liªn kÕt gi÷a ADN vµ nucleosome. Nh− vËy, ngoµi 147 bp thuéc phÇn ADN lâi quÊn quanh c¸c histon lâi, histon H1 b¶o vÖ thªm kho¶ng 20 bp trong ®o¹n ADN nèi khái sù ph©n huû bëi nuclease. H1 liªn kÕt víi ADN t¹i hai vÞ trÝ kh¸c biÖt cña chuçi xo¾n kÐp ADN cïng quÊn quanh mét nucleosome (h×nh 7.14). Mét vÞ trÝ ë ®Çu ra/vµo cña nucleosome, cßn vÞ trÝ kia n»m gi÷a ®o¹n tr×nh tù trung t©m gåm 147 bp cña ADN lâi. Nh− vËy, sù b¶o vÖ ADN bæ sung cña H1 chØ ®−îc thùc hiÖn ë mét phÝa cña nucleosome. B»ng c¸ch kÐo hai vïng ADN l¹i gÇn nhau, H1 t¨ng sù quÊn chÆt ADN quanh octamer histon. Sù g¾n kÕt cña H1 t¹o cho phÇn ADN ®i vµo vµ ra khái nucleosome h×nh thµnh mét gãc æn ®Þnh vµ ®Òu ®Æn. Tuy vËy, gãc nµy cã thÓ bÞ ¶nh h−ëng bëi mét sè yÕu tè (nh− nång ®é muèi, ®é pH, sù cã mÆt cña c¸c protein kh¸c). 7.4.2. Sù s¾p xÕp c¸c nucleosome h×nh thµnh sîi nhiÔm s¾c 30 nm Histon H1 gióp duy tr× æn ®Þnh cÊu tróc bËc cao h¬n cña chÊt nhiÔm s¾c. Trong èng nghiÖm, khi t¨ng nång ®é muèi vµ bæ sung thªm H1 th× c¸c nucleosome t¹o sîi cã ®−êng kÝnh 30 nm. §ã chÝnh lµ bËc cÊu tróc tiÕp theo trong qu¸ tr×nh ®ãng gãi ADN. NhiÒu enzym, nh− ARN polymerase, kh«ng tiÕp cËn ®−îc ADN tõ bËc cÊu tróc nµy. 235

§ç Lª Th¨ng - §inh §oµn Long Cã hai m« h×nh gi¶i thÝch cho bËc cÊu tróc nµy. Trong m« h×nh solenoid, c¸c nucleosome h×nh thµnh cÊu tróc siªu xo¾n, mçi b−íc xo¾n chøa kho¶ng s¸u nucleosome. ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö vµ nhiÔu x¹ tia X cho thÊy sîi 30 nm cã d¶i xo¾n réng 11 nm. KÝch th−íc ®ã xÊp xØ b»ng ®−êng kÝnh ®Üa nucleosome, cho phÐp gi¶ thiÕt r»ng, sîi 30 nm gåm c¸c ®Üa nucleosome lÇn l−ît xo¾n vµ chång lªn nhau (h×nh 7.15a). Trong m« h×nh nµy, ADN n»m ë phÝa ngoµi c¸c ®Üa octamer histon, cßn ADN nèi n»m ë gi÷a nh−ng kh«ng ®i qua trôc cña sîi 30 nm mµ c¸c vßng ADN nèi ch¹y quanh trôc chÝnh. M« h×nh thø hai ®−îc gäi lµ m« h×nh zigzag (h×nh 7.15b). M« h×nh nµy dùa trªn d¹ng zigzag ®−îc t¹o ra khi H1 g¾n vµo ADN nèi cña nucleosome. CÊu tróc sîi 30 nm (d¹ng gièng “lß xo”) phï hîp víi m« h×nh nµy. Tuy nhiªn, ®Ó cã cÊu tróc zigzag th× ADN nèi ph¶i ®i qua trôc trung t©m cña sîi 30 nm vµ ë d¹ng th¼ng. Nh− vËy, ADN nèi kÝch th−íc dµi tá ra phï hîp h¬n víi m« h×nh nµy. V× ®é dµi trung b×nh cña ADN nèi kh¸c nhau ë nh÷ng loµi kh¸c nhau nªn cÊu tróc sîi 30 nm cã thÓ kh¸c nhau Ýt nhiÒu gi÷a c¸c loµi. Lâi histon ADN a) M« h×nh solenoid H1 Nucleosome Lâi histon ADN ADN nèi b) M« h×nh zigzag Nucleosome sau khi H1 liªn kÕt ADN nèi H×nh 7.14. Histon H1 cè H×nh 7.15. Hai m« h×nh sîi nhiÔm s¾c 30 nm. a) M« h×nh ®Þnh chuçi xo¾n ADN víi solenoid. §iÒu ®¸ng l−u ý lµ ADN nèi kh«ng di qua trôc trung nucleosome. H1 cã hai vÞ t©m vµ kh«ng tiÕp cËn ®−îc víi c¸c phÝa, c¸c ®iÓm vµo vµ ra trÝ liªn kÕt ADN: mét ë ®Çu khái nucleosome cña ADN. b) M« h×nh zigzag. Trong m« h×nh ra/vµo nucleosome, mét ë nµy, ADN nèi ph¶i ®i qua trôc trung t©m vµ dÔ tiÕp cËn h¬n víi vïng trung t©m nucleosome. c¸c phÝa, c¸c ®iÓm vµo vµ ra khái nucleosome cña ADN. 7.4.3. §Ó h×nh thµnh sîi nhiÔm s¾c 30 nm cÇn cã ®u«i N cña histon NÕu histon lâi kh«ng cã ®u«i N th× sîi nhiÔm s¾c 30 nm kh«ng thÓ h×nh thµnh. Cã lÏ vai trß cña Sîi ®u«i N lµ lµm æn ®Þnh sîi 30 nm b»ng c¸ch t−¬ng t¸c 30 nm víi nucleosome liÒn kÒ. H×nh ¶nh cÊu tróc ba chiÒu cña nucleosome cho thÊy c¸c ®u«i N cña c¸c histon H2A, H2B, H3 vµ H4 t−¬ng t¸c víi nucleosome liÒn kÒ (h×nh 7.16). Ch¼ng h¹n, ®Çu N cña H4 t¹o nhiÒu H×nh 7.16. M« h×nh vÒ sù æn ®Þnh sîi nhiÔm s¾c 30 nm nhê ®u«i N cña histon. liªn kÕt hydro víi H2A vµ H2B trªn bÒ mÆt cña H×nh minh häa sù t−¬ng t¸c cña c¸c ®u«i N thuéc histon ë c¸c nucleosome gÇn nhau, nucleosome bªn c¹nh. C¸c vïng cña c¸c histon H2A nh−ng sù t−¬ng t¸c nµy còng cã thÓ x¶y ra vµ H2B t−¬ng t¸c víi ®u«i N cña H4 cã tÝnh b¶o thñ cao khi ph©n tÝch ë c¸c sinh vËt kh¸c nhau nh−ng chóng kh«ng liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng liªn kÕt ADN gi÷a c¸c histon xa nhau h¬n. 236

Ch−¬ng 7. C¬ së di truyÒn häc nhiÔm s¾c thÓ còng nh− sù h×nh thµnh octamer. Cã lÏ, nh÷ng vïng nµy cña H2A vµ H2B ®−îc “b¶o tån” ®Ó duy tr× sù t−¬ng t¸c gi÷a c¸c nucleosome th«ng qua ®u«i N cña H4. ë ch−¬ng 5, chóng ta ®· biÕt sù c¶i biÕn ®u«i N cña histon lµ mét c¬ chÕ ®iÒu hßa biÓu hiÖn gen ë eukaryote. Nh÷ng c¶i biÕn nµy ®ång thêi cã ¶nh h−ëng ®Õn sù h×nh thµnh c¸c sîi nhiÔm s¾c cã kÝch th−íc 30 nm vµ mét sè cÊp cÊu tróc nucleosome bËc cao h¬n. 7.4.4. C¸c cÊu tróc thßng läng gåm nhiÒu nucleosome lµm ADN tiÕp tôc kÕt ®Æc h¬n Nucleosome vµ sîi 30 nm gióp lµm gi¶m chiÒu dµi ph©n tö ADN xuèng kho¶ng 40 lÇn. Tuy nhiªn, ADN cÇn ®−îc kÕt ®Æc h¬n ®Ó n»m trän vÑn ®−îc trong nh©n tÕ bµo. Theo mét sè m« h×nh th× c¸c sîi 30 nm tiÕp tôc ®−îc cuén xo¾n thµnh c¸c thßng läng gåm kho¶ng 40 - 90 kb to¶ ra tõ mét cÊu tróc protein ®−îc gäi lµ khung nh©n (khung x−¬ng NST, h×nh 7.17). B¶n chÊt cña sù cuén xo¾n trªn nÒn khung nh©n ch−a râ. Nh−ng vÒ c¬ b¶n, ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc hai líp protein tham gia vµo cÊu tróc ®ã lµ topoisomerase II vµ protein duy tr× cÊu tróc nhiÔm s¾c thÓ SMC ®· ®−îc nªu ë môc 7.2.4 trªn ®©y. ADN trÇn Sîi nhiÔm s¾c CÊu tróc thßng läng Khung nh©n (khung x−¬ng nhiÔm s¾c thÓ) Sîi 30 nm Sîi 10 nm ADN trÇn H×nh 7.17. CÊu tróc bËc cao cña sîi nhiÔm s¾c. ADN ®−îc bao gãi thµnh c¸c thßng läng tõ sîi 30 nm g¾n vµo nÒn lµ bé khung nh©n. ADN ho¹t ®éng cã cÊu tróc sîi 10 nm hoÆc thËm chÝ lµ ADN trÇn. 7.4.5. C¸c d¹ng biÕn ®æi cña histon lµm thay ®æi chøc n¨ng nucleosome C¸c histon lâi thuéc nhãm c¸c protein cã tÝnh b¶o thñ cao nhÊt (xem thªm ch−¬ng 10), nªn nucleosome cña mäi eukaryote rÊt gièng nhau. Tuy nhiªn, cã mét sè d¹ng biÕn ®æi nhá cña histon ®−îc t×m thÊy ë c¸c eukaryote. C¸c histon bÊt th−êng ®ã cã thÓ thay thÕ mét trong bèn lo¹i histon chuÈn ®Ó t¹o nªn mét sè d¹ng nucleosome biÕn ®æi. C¸c d¹ng nucleosome biÕn ®æi ®ã cã thÓ gióp ph©n biÖt c¸c vïng NST kh¸c nhau, hoÆc t¹o nªn chøc n¨ng chuyªn biÖt míi cho nucleosome. VÝ dô H2A.z lµ mét d¹ng biÕn ®æi cña H2A ®−îc t×m thÊy phæ biÕn trong c¸c nucleosome cña mét sè loµi eukaryote vµ th−êng liªn quan ®Õn c¸c vïng ADN ®−îc phiªn m·. H2A.z Ýt lµm thay ®æi cÊu tróc chung cña nucleosome nh−ng thay vµo ®ã, nã øc chÕ hiÖn t−îng “nÐn” chÊt nhiÔm s¾c qua nucleosome (xem ch−¬ng 5). Nhê vËy, bé m¸y phiªn m· dÔ dµng tiÕp cËn ®−îc ADN. Mét kiÓu biÕn ®æi thø hai cña histon ®· ®−îc biÕt lµ CENP-A thay thÕ cho H3 ë c¸c nucleosome vïng t©m ®éng. C¸c nucleosome nµy kÕt hîp víi nhau thµnh thÓ ®éng (kinetochore) thóc ®Èy sù g¾n kÕt NST vµo thoi ph©n bµo. Gièng nh− H2A.z, CENP-A kh«ng lµm thay ®æi cÊu tróc nucleosome nh−ng nã cã phÇn ®u«i N më réng mang mét sè vÞ trÝ liªn kÕt míi cho c¸c protein thuéc thÓ ®éng. ThÕ nªn, nh÷ng thay ®æi ë phÇn ®u«i N cña histon nµy ë t©m ®éng kh«ng chØ ¶nh h−ëng ®Õn cÊu tróc nucleosome thuéc vïng nµy, mµ cßn ¶nh h−ëng ®Õn sù t−¬ng t¸c gi÷a nucleosome vµ thÓ ®éng. 237

§ç Lª Th¨ng - §inh §oµn Long 7.5. §iÒu hoµ biÓu hiÖn gen qua cÊu tróc chÊt nhiÔm s¾c 7.5.1. T−¬ng t¸c gi÷a ADN víi octamer histon lµ linh ho¹t Chóng ta biÕt r»ng, sù kÕt hîp cña ADN vµo nucleosome cã ¶nh h−ëng ®Õn sù ®iÒu hßa biÓu hiÖn gen. Trong nhiÒu tr−êng hîp, ®Ó gen ®−îc biÓu hiÖn, nucleosome ph¶i dÞch chuyÓn hoÆc c¸c r·nh cuèn ADN cÇn trë nªn láng lÎo ®Ó bé m¸y phiªn m· cã thÓ tiÕp cËn ®−îc ADN. V× thÕ, sù liªn kÕt gi÷a ADN víi octamer histon cã tÝnh linh ho¹t. Ngoµi ra, trong nh©n tÕ bµo cßn cã c¸c yÕu tè kh¸c cã thÓ t¸c ®éng ®Õn nucleosome, lµm t¨ng hoÆc gi¶m sù linh ho¹t cña mèi t−¬ng t¸c nµy. C¸c yÕu tè ®ã kÕt hîp l¹i cho phÐp nucleosome thay ®æi vÞ trÝ vµ møc ®é t−¬ng t¸c ®Ó ®¸p øng nhu cÇu cÇn biÕn ®æi th−êng xuyªn cña chÊt nhiÔm s¾c. Gièng nh− c¸c t−¬ng t¸c qua c¸c liªn kÕt yÕu kh¸c (xem ch−¬ng 1), sù liªn kÕt cña ADN víi octamer histon lµ kh«ng bÒn v÷ng (vïng nµo trªn ADN còng cã thÓ ®−îc lu©n chuyÓn gi¶i phãng khái tr¹ng th¸i liªn kÕt). B¶n chÊt linh ho¹t ®ã cã vai trß quan träng, v× nhiÒu protein liªn kÕt ADN cÇn cã ADN ë tr¹ng th¸i kh«ng liªn kÕt víi histon. C¸c protein nµy chØ cã thÓ tiÕp cËn ®−îc c¸c vÞ trÝ liªn kÕt cña chóng khi kh«ng cã octamer histon hoÆc qua c¸c ®o¹n ADN nèi. Nhê sù gi¶i xo¾n ngÉu nhiªn vµ kh«ng liªn tôc cña ADN khái nucleosome mµ protein cã thÓ tiÕp cËn vÞ trÝ liªn kÕt trªn ADN cña chóng víi tÇn sè tõ 1/100.000 ®Õn 1/1.000 tuú thuéc vµo vÞ trÝ liªn kÕt n»m ë ®©u trong nucleosome. VÞ trÝ liªn kÕt cµng Protein 1 gÇn vïng trung t©m ADN lâi nucleosome cµng khã tiÕp cËn. Nh− Sù kiÖn vËy, vÞ trÝ liªn kÕt n»m ë kho¶ng cÆp th−êng x¶y ra baz¬ tõ 73 ®Õn 147 khã tiÕp cËn nhÊt. VÞ trÝ liªn kÕt Sù kiÖn Trong khi ®ã, c¸c vÞ trÝ gÇn ®Çu (vÝ trÝ 1 protein 1 Ýt x¶y ra hoÆc 147) dÔ tiÕp cËn h¬n. §iÒu nµy cho thÊy, d−êng nh− c¬ chÕ béc lé ADN chñ VÞ trÝ liªn kÕt Protein 2 yÕu lµ do sù “cëi bá” ADN khái protein 2 nucleosome chø kh«ng ph¶i lµ do sù “níi láng” ADN (h×nh 7.18). Nh−ng, ®©y chØ lµ m« h×nh t×m thÊy trong ®iÒu kiÖn invitro víi nh÷ng nucleosome ®¬n lÎ. Sù gi¶i phãng H×nh 7.18. M« h×nh tiÕp cËn ADN nucleosome cña ADN khái nucleosome trong tÕ bµo cã protein. §Ó protein tiÕp cËn ADN, ADN cÇn ®−îc “cëi bá” khái thÓ phøc t¹p h¬n. octamer. 7.5.2. Phøc hÖ c¶i biÕn nucleosome thóc ®Èy sù dÞch chuyÓn cña nucleosome TÝnh bÒn v÷ng cña liªn kÕt histon-ADN chÞu t¸c ®éng cña c¸c phøc hÖ protein lín, ®−îc gäi lµ c¸c phøc hÖ t¸i cÊu tróc nucleosome. C¸c phøc hÖ gåm nhiÒu protein nµy sö dông n¨ng l−îng tõ ATP t−¬ng t¸c víi ADN hoÆc lµm thay ®æi vÞ trÝ nucleosome. Cã ba kiÓu c¶i biÕn nucleosome c¬ b¶n: 1) octamer tr−ît däc ph©n tö ADN, 2) octamer ®−îc chuyÓn tõ ph©n tö (hoÆc ®o¹n) ADN nµy sang ph©n tö (hoÆc ®o¹n) ADN kh¸c, vµ 3) nucleosome ®−îc cÊu tróc l¹i ®Ó lµm t¨ng kh¶ n¨ng tiÕp cËn ADN (mµ kh«ng lµm thay ®æi vÞ trÝ cña nã trªn ADN). Mäi phøc hÖ t¸i cÊu tróc nucleosome ®Òu cã thÓ lµm nã tr−ît däc ph©n tö ADN, nh−ng chØ cã rÊt Ýt phøc hÖ cã kh¶ n¨ng chuyÓn hoÆc cÊu tróc l¹i nucleosome. Sù c¶i biÕn nucleosome chi tiÕt thÕ nµo cßn ch−a biÕt ®Çy ®ñ. Nh−ng ®iÒu ®· ®−îc x¸c nhËn lµ ADN ®−îc tiÕp cËn nhiÒu h¬n sau sù c¶i biÕn nucleosome. Trong tÕ bµo, cã nhiÒu lo¹i phøc hÖ t¸i cÊu tróc nucleosome (b¶ng 7.6). Chóng cã thÓ ®−îc cÊu t¹o tõ 2 ®Õn 10 tiÓu ®¬n vÞ (chuçi polypeptide). Ngoµi tiÓu ®¬n vÞ thuû ph©n ATP cã mÆt ë hÇu hÕt c¸c lo¹i phøc hÖ, mçi phøc hÖ cßn cã c¸c tiÓu ®¬n vÞ kh¸c gióp thùc hiÖn c¸c 238

Ch−¬ng 7. C¬ së di truyÒn häc nhiÔm s¾c thÓ chøc n¨ng chuyªn biÖt. VÝ dô, nh÷ng tiÓu ®¬n vÞ gióp g¾n phøc hÖ vµo nh÷ng vÞ trÝ ®Ých ®Æc thï trªn ADN hoÆc t−¬ng t¸c víi c¸c yÕu tè liªn kÕt ADN cña bé m¸y phiªn m·. B¶ng 7.6. Mét sè phøc hÖ c¶i biÕn vµ t¸i cÊu tróc nucleosome sö dông n¨ng l−îng tõ ATP Phøc hÖ Sè tiÓu §Æc ®iÓm cÊu t¹o KiÓu c¶i biÕn nucleosome ®¬n vÞ MiÒn bromo / MiÒn chromo SWI/SNF Tr−ît ChuyÓn CÊu tróc l¹i ISWI 8 -11 MiÒn bromo 2-4 Kh«ng cã Cã Cã Cã Mi2/NuRD 8 -10 MiÒn chromo Cã Kh«ng Kh«ng Cã Kh«ng Kh«ng 7.5.3. Sù ®Þnh vÞ nucleosome Do sù “n¨ng ®éng” trong t−¬ng t¸c histon - ADN nªn trªn NST hÇu nh− c¸c nucleosome kh«ng cã vÞ trÝ cè ®Þnh. Nh−ng trong nhiÒu tr−êng hîp, sù giíi h¹n vÞ trÝ nucleosome, hay cßn gäi lµ sù ®Þnh vÞ nucleosome, lµ cÇn thiÕt. VÝ dô ®iÓn h×nh lµ sù ®Þnh vÞ nucleosome ®Ó duy tr× mét vÞ trÝ liªn kÕt cña protein ®iÒu hßa lu«n n»m trªn vïng ADN nèi; nhê vËy, protein ®iÒu hßa cã thÓ dÔ dµng tiÕp cËn ADN. C¸c protein liªn kÕt ADN hoÆc c¸c tr×nh tù ADN ®Æc thï cã thÓ ®iÒu khiÓn sù ®Þnh vÞ nucleosome. Trong tÕ bµo, th−êng cã sù c¹nh tranh gi÷a nucleosome a) vµ c¸c protein liªn kÕt ADN kh¸c. NÕu cã mét ph©n tö protein liªn kÕt vµo ADN tr−íc, th× nã sÏ ng¨n c¶n sù liªn kÕt cña histon lâi víi ADN 130 bp vµ ng−îc l¹i. Trong tr−êng hîp cã hai protein nh− vËy cïng liªn kÕt ë hai vÞ trÝ thuéc vïng L¾p r¸p ADN lâi nucleosome, th× nucleosome kh«ng nucleosome h×nh thµnh (h×nh 7.19a). Sù liªn kÕt liªn tôc cña nhiÒu protein kh¸c vµo c¸c vïng ADN liÒn kÒ lµm gia t¨ng chiÒu dµi sîi ADN kh«ng t¹o nucleosome. Ng−îc víi c¬ chÕ nµy, cã mét sè b) Vïng ADN kh«ng protein liªn kÕt ADN kh¸c l¹i thóc ®Èy nucleosome nucleosome h×nh thµnh ngay c¹nh vÞ trÝ chóng liªn kÕt (h×nh 7.19b). Mét c¬ chÕ thø hai ®Ó ®Þnh vÞ nucleosome L¾p r¸p nucleosome lµ cã nh÷ng vïng ADN cã ¸i lùc cao ®Æc biÖt víi octamer histon. V× ADN g¾n vµo octamer bÞ uèn cong, nªn nucleosome th−êng “−u tiªn” nh÷ng vïng ADN dÔ bÞ uèn cong h¬n. Nh÷ng ®o¹n ADN giµu A:T t¹i c¸c khe phô cã xu h−íng uèn cong ®èi diÖn octamer, cßn nh÷ng ®o¹n ADN giµu G:C ë c¸c khe phô cã xu h−íng Nucleosome ng−îc l¹i (h×nh 7.20). Nucleosome ®−îc h×nh ®−îc “cè ®Þnh” thµnh tèi −u theo xu h−íng s¾p xÕp nµy. Tuy H×nh 7.19. Hai m« h×nh ®Þnh vÞ nucleosome phô vËy, cÇn l−u ý lµ nh÷ng ®o¹n ADN cã sù lu©n thuéc protein liªn kÕt ADN. a) Hai protein liªn kÕt chuyÓn ®Òu ®Æn gi÷a c¸c khe phô giµu A:T vµ ADN c¹nh tranh víi histon. V× nucleosome cÇn ®o¹n ADN dµi h¬n 147 bp nªn nucleosome kh«ng h×nh G:C nh− vËy lµ rÊt hiÕm. Vµ, nh÷ng tr×nh tù thµnh ®−îc ë ®o¹n ADN chØ cã 130 bp gi÷a hai nh− vËy kh«ng ph¶i lµ b¾t buéc ®Ó h×nh thµnh protein. b) Mét sè protein liªn kÕt ADN thóc ®Èy sù nucleosome. h×nh thµnh nucleosome c¹nh vÞ trÝ liªn kÕt cña chóng. 239

§ç Lª Th¨ng - §inh §oµn Long C¸c c¬ chÕ ®Þnh vÞ nucleosome nªu trªn Giµu G:C ¶nh h−ëng ®Õn sù tæ chøc nucleosome trong hÖ Giµu G:C gen. Dï sao th× phÇn lín nucleosome lµ kh«ng cè ®Þnh. C¸c nucleosome cè ®Þnh th−êng n»m ë c¸c vÞ trÝ khëi ®Çu phiªn m·. Sù cè ®Þnh Giµu A:T Giµu A:T nucleosome gióp ng¨n c¶n sù tiÕp cËn ADN mét c¸ch liªn tôc. Nh− vËy, sù ®Þnh vÞ nucleosome võa cã thÓ cã t¸c ®éng d−¬ng tÝnh Octamer histon hoÆc ©m tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng tiÕp cËn ADN cña c¸c protein. H×nh 7.20. Nucleosome “−u tiªn” h×nh thµnh ë 7.5.4. Sù söa ®æi ®u«i N cña histon lµm nh÷ng vïng ADN dÔ uèn cong thay ®æi kh¶ n¨ng tiÕp cËn ADN p Khi c¸c histon ®−îc t¸ch khái tÕ bµo, MiÒn gÊp nÕp histon phÇn ®u«i N cña chóng th−êng ë d¹ng ®−îc biÕn ®æi (h×nh 7.21). Lysine (Lys, K) th−êng ®−îc biÕn ®æi nhê viÖc g¾n thªm nhãm acetyl (acetyl hãa) hoÆc methyl (methyl hãa); cßn serine (Ser, S) th−êng ®−îc biÕn ®æi b»ng g¾n thªm nhãm photsphate (phosphoryl hãa). Th−êng th× c¸c nucleosome ®−îc acetyl ho¸ t−¬ng øng víi nh÷ng vïng NST ®−îc phiªn m· tÝch cùc, cßn c¸c nucleosome bÞ khö acetyl t−¬ng øng víi nh÷ng vïng bÞ øc chÕ phiªn m·. Chøc n¨ng cña \"T¾t\"\"mge\"n Kh«ng gièng sù acetyl ho¸, sù methyl ho¸ nh÷ng phÇn kh¸c nhau cña ®u«i N cã thÓ dÉn \"BËt\" gen ®Õn c¸c hiÖu øng kh¸c nhau, hoÆc t¨ng c−êng hoÆc øc chÕ phiªn m· tïy thuéc vµo axit “BËt” gen amin nµo ®−îc methyl hãa. HiÖn t−îng phosphoryl ho¸ ®u«i N cña H3 th−êng thÊy ë \"T¾t\" gen / vïng chÊt nhiÔm s¾c kÕt ®Æc cao trong nguyªn dÞ nhiÔm s¾c \"NÐn\" NST ph©n. Ng−êi ta cho r»ng, nh÷ng c¶i biÕn ë ®u«i histon lµ mét d¹ng “m·” mµ c¸c protein \"BËt\" gen ®iÒu hßa biÓu hiÖn c¸c gen cã thÓ “hiÓu” ®−îc ? (h×nh 7.21). Nguyªn Sù söa ®æi histon lµm thay ®æi chøc nhiÔm s¾c n¨ng cña nucleosome nh− thÕ nµo? C©u tr¶ lêi lµ: sù thay ®æi râ rÖt nhÊt liªn quan ®Õn ®iÖn tÝch tæng céng cña ®u«i histon. Qu¸ Chøc n¨ng cña tr×nh acetyl ho¸ (vÝ dô: trung hßa ®iÖn tÝch \"T¾t\"\"mge\"n d−¬ng cña Lys) vµ phosphoryl ho¸ (t¨ng ®iÖn tÝch ©m) ®Òu lµm gi¶m ®iÖn tÝch d−¬ng tæng Lo¹i histon céng cña ®u«i histon (h×nh 7.22). ViÖc mÊt \"BËt\" gen ®iÖn tÝch d−¬ng ®· lµm gi¶m ¸i lùc t−¬ng t¸c gi÷a ®u«i N cña histon víi bé khung ®−êng- H×nh 7.21. Sù söa ®æi ®u«i N cña histon lµm thay phosphate cña ADN mang ®iÖn ©m. Nh− vËy, ®æi chøc n¨ng chÊt nhiÔm s¾c. C¸c vÞ trÝ söa ®æi sù söa ®æi ®u«i histon ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ histon ®· biÕt ®−îc minh ho¹ trªn h×nh. PhÇn lín c¸c söa ®æi x¶y ra ë vïng ®u«i nh−ng còng cã mét vµi söa n¨ng s¾p xÕp c¸c nucleosome ®Ó t¹o nªn c¸c bËc ®æi n»m trong vïng gÊp nÕp cña histon. HiÖu øng cña cÊu tróc chÊt nhiÔm s¾c cao h¬n. Nh− ®· nªu ë sù söa ®æi phô thuéc vµo kiÓu söa ®æi còng nh− vÞ trÝ trªn, ®u«i N cña histon cÇn thiÕt ®Ó t¹o nªn sîi söa ®æi. Trªn h×nh thÓ hiÖn c¸c kiÓu söa ®æi kh¸c nhau 30 nm vµ sù söa ®æi ®u«i N sÏ lµm thay ®æi ph¸t hiÖn ®−îc ë ®u«i N cña histon H3 vµ H4. 240

Ch−¬ng 7. C¬ së di truyÒn häc nhiÔm s¾c thÓ chøc n¨ng nµy. Cô thÓ, nÕu c¸c nucleosome mang c¸c ®u«i N ®−îc acetyl ho¸ (vïng hÖ gen biÓu hiÖn m¹nh) xÕp liÒn kÒ nhau sÏ kh«ng h×nh thµnh nªn sîi nhiÔm s¾c 30 nm. Ngoµi nh÷ng ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn chøc n¨ng cña nucleosome, viÖc söa ®æi ®u«i histon còng t¹o ra nh÷ng vÞ trÝ ®Ýnh kÕt cho protein (h×nh 7.22b). Nh÷ng miÒn protein chuyªn hãa ®−îc gäi lµ miÒn bromo vµ miÒn chromo thóc ®Èy sù t−¬ng t¸c nµy. C¸c protein chøa miÒn bromo t−¬ng t¸c víi ®u«i histon bÞ acetyl ho¸; trong khi c¸c protein chøa miÒn chromo t−¬ng t¸c víi ®u«i histon bÞ methyl ho¸. NhiÒu protein chøa miÒn bromo liªn kÕt tù ph¸t víi enzym acetylase cã ®u«i histon ®Æc hiÖu (b¶ng 7.7). Nh÷ng phøc hÖ nµy cã thÓ t¨ng c−êng duy tr× chÊt nhiÔm s¾c bÞ acetyl ho¸ b»ng c¸ch söa ®æi tiÕp nh÷ng vïng ®· ®−îc acetyl ho¸ mét phÇn. Theo c¬ chÕ t−¬ng tù, c¸c protein chøa miÒn chromo liªn kÕt víi c¸c enzym methyl ho¸ cã ®u«i histon ®Æc hiÖu còng gióp duy tr× c¸c nucleosome ®· ®−îc methyl ho¸ mét phÇn (xem thªm ch−¬ng 5). Ngoµi ra, cßn cã c¸c protein chøa miÒn bromo vµ chromo kh¸c kh«ng ph¶i lµ nh÷ng protein söa ®æi histon. Thay vµo ®ã, chóng tham gia vµo qu¸ tr×nh ®iÒu hoµ phiªn m· hoÆc h×nh thµnh chÊt dÞ nhiÔm s¾c. Ch¼ng h¹n nh−, mét thµnh phÇn chÝnh cña bé m¸y phiªn m· lµ TFIID còng chøa miÒn bromo. MiÒn nµy huy ®éng bé m¸y phiªn m· ®Õn c¸c vÞ trÝ chÊt nhiÔm s¾c mang nhiÒu nucleosome ®−îc acetyl ho¸, dÉn ®Õn sù t¨ng c−êng phiªn m· liªn quan ®Õn hiÖn t−îng acetyl ho¸ nucleosome. Theo c¸ch t−¬ng tù, c¸c phøc hÖ t¸i cÊu tróc nucleosome còng chøa c¸c protein chøa miÒn bromo. a) Nucleosome Nucleosome kh«ng söa ®æi Nucleosome acetyl hãa methyl hãa Protein mang Protein mang miÒn bromo miÒn chromo b) H×nh 7.22. HiÖu øng cña sù söa ®æi ®u«i histon. a) ¶nh h−ëng ®Õn sù liªn kÕt ADN: ®u«i histon kh«ng bÞ söa ®æi vµ bÞ methyl ho¸ g¾n kÕt ADN víi nucleosome chÆt h¬n ®u«i histon bÞ acetyl ho¸. b) ¶nh h−ëng ®Õn sù liªn kÕt cña protein: Sù söa ®æi ®u«i histon t¹o ra c¸c vÞ trÝ liªn kÕt míi cho enzym c¶i biÕn chÊt nhiÔm s¾c. 241

§ç Lª Th¨ng - §inh §oµn Long B¶ng 7.7. C¸c enzym c¶i biÕn nucleosome C¸c phøc hÖ histon acetyltransferase Lo¹i Sè tiÓu ®¬n vÞ TiÓu ®¬n vÞ xóc t¸c MiÒn bromo / Histon ®Ých (chuçi polypeptide) miÒn chromo H3 vµ H2B SAGA 15 Gen5 MiÒn bromo H3 vµ H4 H3 PCAF 11 PCAF MiÒn bromo H4 H2A, H2B, H3 vµ H4 NuA3 3 Sas3 Kh«ng cã NuA4 6 Esa1 MiÒn chromo P300/CBP 1 P300/CBP MiÒn bromo C¸c phøc hÖ histon deacetylase Lo¹i Sè tiÓu ®¬n vÞ TiÓu ®¬n vÞ xóc t¸c MiÒn bromo / (chuçi polypeptide) miÒn chromo Phøc hÖ Sin3 7 HDAC1/HDAC2 Kh«ng cã NuRD 9 HDAC1/HDAC2 MiÒn chromo Phøc hÖ SIR2 3 Sir2 Kh«ng cã C¸c enzym histon ethylase Tªn enzym MiÒn bromo / Histon ®Ých miÒn chromo SUV39 MiÒn chromo H3 (Lysine 9) SET1 Kh«ng cã H3 (Lysine 4) PRMT Kh«ng cã H3 (Arginine 3) 7.5.5. C¸c enzym c¶i biÕn histon Sù c¶i biÕn histon diÔn ra linh ho¹t do mét sè enzym chuyªn hãa xóc t¸c. C¸c enzym histon acetylase xóc t¸c bæ sung nhãm acetyl cho lysine (Lys) ë ®u«i N cña histon, n¬i mµ c¸c enzym histon deacetylase cã t¸c dông ng−îc l¹i (lo¹i bá nhãm acetyl). Trong khi ®ã, c¸c enzym histon methylase xóc t¸c bæ sung nhãm methyl cho histon. C¸c histon acetylase kh¸c biÖt nhau vÒ kh¶ n¨ng nhËn biÕt c¸c lo¹i histon ®Ých kh¸c nhau, hoÆc c¸c axit amin lysine kh¸c nhau trªn cïng ®u«i N. T−¬ng tù nh− vËy, mçi lo¹i histon methylase còng nhËn biÕt mét lysine hoÆc arginine (Arg) ®Ých kh¸c nhau trªn mçi lo¹i histon (b¶ng 7.7). V× hiÖu øng ¶nh h−ëng ®Õn chøc n¨ng cña nucleosome do nh÷ng biÕn ®æi nµy lµ kh¸c nhau, nªn c¸c biÕn ®æi do nh÷ng enzym kh¸c nhau thùc hiÖn cã t¸c ®éng kh¸c nhau ®Õn sù biÓu hiÖn chøc n¨ng cña chÊt nhiÔm s¾c. C¸c phøc hÖ t¸i cÊu tróc nucleosome th−êng lµ c¸c phøc hÖ lín gåm nhiÒu lo¹i protein mang c¸c enzym t¸i cÊu tróc nucleosome. Ngoµi ra, cßn cã nh÷ng tiÓu ®¬n vÞ (protein) bæ sung kh¸c gióp enzym nhËn ra c¸c vïng ®Æc hiÖu trªn ADN. Kh¶ n¨ng liªn kÕt cña c¸c enzym nµy vµo nh÷ng vïng ADN ®Æc hiÖu ®Ó c¶i biÕn nucleosome däc theo chÊt nhiÔm s¾c lµ mét c¬ chÕ ®iÒu hßa biÓu hiÖn gen c¬ b¶n ë eukaryote. 7.5.6. Sù c¶i biÕn kÕt hîp t¸i cÊu tróc nucleosome lµm thay ®æi kh¶ n¨ng tiÕp cËn ADN Sù kÕt hîp c¶ hai c¬ chÕ c¶i biÕn histon víi t¸i cÊu tróc nucleosome cã thÓ lµm t¨ng ®ét ngét kh¶ n¨ng tiÕp cËn mét vïng ADN nhÊt ®Þnh nµo ®ã. T¸c ®éng phèi hîp nµy cã thÓ lµm thay ®æi râ rÖt, nh−ng th−êng cã tÝnh côc bé. Sù c¶i biÕn ®u«i N cã thÓ ng¨n c¶n c¸c nucleosome xÕp “chång” lªn nhau ®Ó h×nh thµnh c¸c bËc cÊu tróc cao h¬n cña chÊt nhiÔm s¾c, qua ®ã t¹o ra nh÷ng vÞ trÝ t−¬ng t¸c ®−îc víi c¸c protein kh¸c nhau (nh− c¸c enzym vµ yÕu tè phiªn m·), bao gåm c¶ c¸c protein t¸i cÊu tróc nucleosome kh¸c. Sau ®ã, chÝnh sù t¸i cÊu tróc nucleosome lµm t¨ng c−êng kh¶ n¨ng tiÕp cËn ADN thuéc nucleosome, cho phÐp c¸c protein liªn kÕt ADN liªn kÕt ®−îc víi c¸c tr×nh tù ADN nµy. Nh÷ng thay ®æi 242

Ch−¬ng 7. C¬ së di truyÒn häc nhiÔm s¾c thÓ nh− vËy dÉn ®Õn viÖc nucleosome “tr−ît däc” hoÆc ®−îc Sîi nhiÔm Phøc hÖ t¸i “gi¶i phãng” khái ADN. NÕu nh÷ng thay ®æi nµy ®−îc s¾c 30nm cÊu tróc chÊt thùc hiÖn bëi c¸c protein liªn kÕt ADN ®Æc hiÖu vµ chØ nhiÔm s¾c diÔn ra ë nh÷ng tr×nh tù ADN nhÊt ®Þnh, th× sù ®Þnh vÞ hay gi¶i phãng nucleosome sÏ cã tÝnh ®Æc thï ë nh÷ng Protein liªn kÕt ADN 1 vÞ trÝ nhÊt ®Þnh trªn ph©n tö ADN (h×nh 7.23). 7.6. Sù l¾p r¸p nucleosome 7.6.1. Nucleosome ®−îc l¾p r¸p ngay sau khi T¸i cÊu tróc ADN ®−îc sao chÐp Sù nh©n ®«i NST kh«ng chØ ®ßi hái sù nh©n ®«i Protein liªn ADN, vµ cßn ®ßi hái sù nh©n ®«i vµ l¾p r¸p trë l¹i cña kÕt ADN 2 c¸c lo¹i protein cÊu tróc nªn NST, gåm c¶ c¸c protein histon vµ phi-histon, vµo mçi ph©n tö ADN con võa ®−îc h×nh thµnh. Trong qu¸ tr×nh nh©n ®«i NST ë eukaryote, ®Ó Histon acetylase Protein liªn kÕt ADN 2 qu¸ tr×nh sao chÐp ADN cã thÓ diÔn ra, c¸c huy ®éng enzym histon nucleosome ®−îc “gì bá” t¹m thêi trong thêi gian ng¾n. Sau ®ã, khi ADN ®· ®−îc sao chÐp, c¸c ph©n tö acetylase ADN con gÇn nh− ngay lËp tøc ®−îc ®ãng gãi trë l¹i th«ng qua mét lo¹t c¸c sù kiÖn x¶y ra theo trËt tù nhÊt ®Þnh. Nh− ®· nªu trªn, b−íc ®Çu tiªn trong l¾p r¸p nucleosome lµ sù liªn kÕt vµo ADN cña mét “tø phøc H3-H4”. Khi tø phøc nµy ®· liªn kÕt víi ADN th× “phøc kÐp H2A-H2B” sÏ kÕt hîp vµo ®Ó h×nh thµnh nucleosome míi hoµn chØnh. Trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh c¸c cÊu tróc bËc cao h¬n cña chÊt nhiÔm s¾c, cã lÏ H1 sÏ g¾n vµo phøc hÖ nucleosome cuèi cïng. §Ó nh©n ®«i NST, Ýt nhÊt ph¶i cã mét nöa sè Sîi nhiÔm s¾c 10nm nucleosome trªn c¸c NST con ®−îc tæng hîp míi. VËy, liÖu cã ph¶i tÊt c¶ c¸c nucleosome cò ®Òu mÊt ®i vµ c¸c nucleosome ë tÕ bµo con ®Òu ®−îc tæng hîp míi? NÕu kh«ng ®óng nh− vËy, th× c¸c histon cò ®ãng gãp thÕ nµo vµo thµnh phÇn nucleosome míi? ë ®©y, chóng ta sÏ thÊy sù tham gia cña c¸c histon cò vµo nucleosome míi cã vai trß quan träng, v× hiÖu qu¶ c¶i biÕn nucleosome cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn kh¶ H×nh 7.23. C¸c phøc hÖ t¸i cÊu tróc n¨ng tiÕp cËn cña chÊt nhiÔm s¾c míi h×nh thµnh. chÊt nhiÔm s¾c vµ c¸c enzym c¶i biÕn NÕu c¸c histon cò bÞ “lo¹i bá” hoµn toµn, th× cã nghÜa histon kÕt hîp víi nhau lµm thay ®æi lµ sù sao chÐp NST ®· xãa bá “b¶n ghi nhí” vÒ sù c¶i cÊu tróc nucleosome. C¸c protein liªn kÕt ADN g¾n vµo nh÷ng vïng ®Æc hiÖu biÕn nucleosome tr−íc ®ã. Ng−îc l¹i, nÕu c¸c trªn NST. Trªn h×nh, protein 1 g¾n vµo nucleosome cò chØ ®−îc gi÷ l¹i ë mét trong hai ph©n ADN råi huy ®éng phøc hÖ t¸i cÊu tróc tö ADN con míi h×nh thµnh th× hai b¶n sao NST míi chÊt nhiÔm s¾c lµm thay ®æi nucleosome sÏ cã hai kiÓu tËp hîp c¸c nucleosome cã sù c¶i biÕn bªn c¹nh, dÉn ®Õn kh¶ n¨ng tiÕp cËn ADN t¨ng lªn. Sù kiÖn ®ã ®ång thêi cho phÐp hÇu nh− hoµn toµn kh¸c nhau. protein thø hai (histon acetylase) g¾n vµo C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm ®· chøng minh r»ng, ADN. B»ng viÖc söa ®æi ®u«i N cña c¸c nucleosome liÒn kÒ, enzym nµy lµm thay c¸c histon cò tham gia vµo cÊu tróc nucleosome t−¬ng ®æi cÊu h×nh chÊt nhiÔm s¾c tõ d¹ng 30 ®èi ®ång ®Òu ë c¶ hai tÕ bµo con. Trong ®ã, cã sù l¾p nm thµnh d¹ng 10 nm dÔ tiÕp cËn. 243

§ç Lª Th¨ng - §inh §oµn Long r¸p nucleosome míi gåm c¶ histon cò vµ histon míi. Tuy vËy, sù tæ hîp míi nµy kh«ng ph¶i ngÉu nhiªn hoµn toµn. C¸c “tø phøc H3-H4” vµ “phøc kÐp H2A-H2B” lu«n ë d¹ng phøc hîp hoµn toµn cò hoÆc hoµn toµn míi. Nh−ng, “tø phøc H2A-H2B” cã thÓ võa cò võa míi, hoÆc hoµn toµn míi, hoÆc hoµn toµn cò. Nh− vËy, trong qu¸ tr×nh sao chÐp ADN, tuy nucleosome bÞ “ph¸ vì”, nh−ng “tø phøc H3-H4” cã xu h−íng duy tr× nguyªn vÑn vµ liªn kÕt vµo mét trong hai ph©n tö ADN con mét c¸ch ngÉu nhiªn mµ kh«ng bao giê gi¶i phãng hoµn toµn khái ph©n tö ADN. Ng−îc l¹i “phøc kÐp H2A-H2B”, tuy ®−îc duy tr× ë d¹ng phøc hîp, nh−ng chóng ®−îc gi¶i phãng khái ADN vµ tham gia vµo “quü dù trù” histon tù do ®Ó ®−îc dïng cho viÖc tæng hîp c¸c nucleosome míi. Sù ph©n phèi c¸c histon cò vµo c¸c nucleosome ë c¸c tÕ bµo con nªu trªn lµ c¬ chÕ ®¶m b¶o sù s¶n sinh ra c¸c NST ë c¸c tÕ bµo con duy tr× ®−îc kiÓu c¶i biÕn histon cña c¸c NST ë tÕ bµo mÑ. B»ng c¬ chÕ nµy, c¸c histon cò dï ®−îc ph©n chia vµo tÕ bµo con nµo còng cã xu h−íng liªn kÕt vµo ®óng vïng ADN mµ chóng ®· liªn kÕt ë tÕ bµo mÑ. Sù di truyÒn côc bé vÒ kiÓu c¶i biÕn histon nh− vËy dÉn ®Õn sù c¶i biÕn histon chØ cÇn diÔn ra h¹n chÕ t¹i c¸c vÞ trÝ NST t−¬ng øng ë tÕ bµo con. §ã lµ do mçi kiÓu c¶i biÕn histon cã xu h−íng “huy ®éng” chÝnh c¸c enzym xóc t¸c ho¹t ®éng ®ã tíi c¸c nucleosome l©n cËn vµ tiÕn hµnh c¶i biÕn t−¬ng tù. §©y lµ mét c¬ chÕ ®¬n gi¶n gióp duy tr× tr¹ng th¸i c¶i biÕn nucleosome gièng nhau gi÷a c¸c tÕ bµo con còng nh− gi÷a chóng víi tÕ bµo mÑ sau sù nh©n ®«i NST. Nã còng chÝnh lµ c¬ chÕ c¬ b¶n nhÊt gióp duy tr× tr¹ng th¸i chÊt nhiÔm s¾c qua nhiÒu thÕ hÖ ph©n bµo ë eukaryote ®a bµo. 7.6.2. Sù l¾p r¸p nucleosome cÇn “histon chaperon” Sù l¾p r¸p nucleosome kh«ng diÔn ra tù ph¸t. Thùc nghiÖm cho thÊy, viÖc bæ sung c¸c histon tù do vµo ADN trong ®iÒu kiÖn invitro th«ng th−êng kh«ng dÉn ®Õn sù h×nh thµnh nucleosome. Lóc ®ã, hÇu hÕt c¸c histon dÝnh kÕt víi nhau thµnh mét phøc hîp kh«ng cã vai trß sinh häc. §Ó sù l¾p r¸p nucleosome diÔn ra, nång ®é muèi ph¶i t¨ng lªn rÊt cao (> 1M NaCl) råi gi¶m ®i tõ tõ sau nhiÒu giê. MÆc dï vËy, trong ®iÒu kiÖn invivo sù l¾p r¸p nucleosome l¹i kh«ng liªn quan ®Õn sù thay ®æi nång ®é muèi. Nh−ng tõ viÖc ph¸t hiÖn ra ¶nh h−ëng cña nång ®é muèi ®Õn sù l¾p r¸p nucleosome, ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc trong tÕ bµo cã mét sè yÕu tè thiÕt yÕu cÇn cho sù h×nh thµnh nucleosome xuÊt ph¸t tõ c¸c phøc hÖ “tø phøc H3-H4” còng nh− “phøc kÐp H2A-H2B” (b¶ng 7.8). §©y lµ nh÷ng protein tÝch ®iÖn ©m lµm nhiÖm vô “dÉn ®−êng” vµ “hé tèng” c¸c tø phøc H3-H4 vµ phøc kÐp H2A-H2B ®Õn c¸c vÞ trÝ l¾p r¸p nucleosome trªn ph©n tö ADN. Chóng ®−îc gäi lµ c¸c histon chaperone. VËy, c¸c histon chaperone ®iÒu khiÓn sù l¾p r¸p nucleosome ë c¸c vÞ trÝ nhÊt ®Þnh trªn ph©n tö ADN nh− thÕ nµo? C¸c nghiªn cøu vÒ chaperone CAF-1 ®iÒu khiÓn “tø phøc H3-H4” cho thÊy sù l¾p r¸p nucleosome do chaperone nµy ®iÒu khiÓn cÇn ®iÒu kiÖn ®Çu tiªn lµ ADN ®ang sao B¶ng 7.8. Thuéc tÝnh cña c¸c histon chaperone chÐp. CAF-1 nhËn ra ADN ®ang sao chÐp qua mét sè c¬ Tªn Sè tiÓu Lo¹i histon T−¬ng t¸c víi thµnh phÇn chÕ ®¸nh dÊu ADN. §iÒu thó ®¬n vÞ liªn kÕt cña bé m¸y sao chÐp (PCNA) vÞ lµ c¸c yÕu tè ®¸nh dÊu nµy mÊt dÇn ®i khi qu¸ tr×nh sao CAF-1 4 H3 - H4 Cã chÐp kÕt thóc. YÕu tè ®¸nh dÊu RCAF 1 H3 - H4 Kh«ng NAP-1 1 H2A - H2B Kh«ng 244

Ch−¬ng 7. C¬ së di truyÒn häc nhiÔm s¾c thÓ ADN ®ang sao chÐp ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña CAF-1 lµ PCNA. §©y lµ mét protein d¹ng vßng cã thÓ tr−ît däc ph©n tö ADN vµ th«ng th−êng cã vai trß gi÷ ADN polymerase g¾n vµo ADN trong qu¸ tr×nh sao chÐp. Khi ADN polymerase ®· kÕt thóc sao chÐp ë mét vÞ trÝ nhÊt ®Þnh, PCNA rêi khái ADN polymerase nh−ng vÉn liªn kÕt víi ADN. Trong ®iÒu kiÖn ®ã, PCNA cã thÓ t−¬ng t¸c víi c¸c protein kh¸c, trong ®ã cã CAF-1. CAF-1 sau khi liªn kÕt víi PCNA sÏ huy ®éng “tø phøc H3-H4” ®Õn vÞ trÝ ADN ®ang liªn kÕt víi PCNA. Nh− vËy, th«ng qua viÖc t−¬ng t¸c víi mét thµnh phÇn cña bé m¸y sao chÐp, CAF-1 ®iÒu khiÓn sù l¾p r¸p nucleosome t¹i vÞ trÝ ADN võa míi sao chÐp xong. 245

Ch−¬ng 8 Chu tr×nh tÕ bµo vµ cë së Di truyÒn häc ung th− Theo thèng kª cña tæ chøc y tÕ thÕ giíi, hµng n¨m cã trªn d−íi 9 triÖu ng−êi chÕt do c¸c bÖnh ung th−, ch−a kÓ kho¶ng 15 triÖu ng−êi kh¸c míi m¾c bÖnh. VËy, ung th− xuÊt hiÖn nh− thÕ nµo? T¹i sao bÖnh nµy ®−îc coi lµ bÖnh nan y nguy hiÓm nhÊt cña thÕ kû XXI? T¹i sao mét sè bÖnh ung th− cã biÓu hiÖn di truyÒn theo dßng hä? Cã hay kh«ng sù di truyÒn cña tÊt c¶ c¸c bÖnh ung th−? C¸c yÕu tè m«i tr−êng cã vai trß thÕ nµo trong sù ph¸t sinh ung th−? Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, c¸c phßng thÝ nghiÖm trªn thÕ giíi ®· cã nhiÒu nghiªn cøu c¬ b¶n vÒ b¶n chÊt, c¬ chÕ ph¸t sinh c¸c bÖnh ung th− kh¸c nhau vµ nhê ®ã gÇn ®©y chóng ta ®· cã nh÷ng hiÓu biÕt c¬ b¶n vÒ c¨n bÖnh nµy. Dï cßn nhiÒu chi tiÕt cÇn tiÕp tôc lµm s¸ng tá nh−ng nh÷ng hiÓu biÕt ®Õn nay cho thÊy ung th− xuÊt hiÖn chñ yÕu do c¸c rèi lo¹n di truyÒn. Trong mét sè tr−êng hîp, c¸c rèi lo¹n nµy h×nh thµnh vµ tiÕn triÓn do c¸c yÕu tè m«i tr−êng, nh− chÕ ®é dinh d−ìng, tia cùc tÝm (UV) tõ ¸nh s¸ng mÆt trêi, hoÆc do c¸c t¸c nh©n « nhiÔm m«i tr−êng. C¸c d¹ng ung th− th−êng xuÊt hiÖn do ®ét biÕn x¶y ra ë c¸c gen thiÕt yÕu, cã thÓ lµm sai háng c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt vµ dÉn ®Õn viÖc lµm c¬ thÓ mÊt kh¶ n¨ng kiÓm so¸t sù ph©n chia tÕ bµo (gäi t¾t lµ sù ph©n bµo). Lóc nµy, c¸c tÕ bµo ung th− ph©n chia kh«ng ngõng, dÇn dÇn h×nh thµnh nªn khèi u gåm nhiÒu líp tÕ bµo chång chÊt lªn nhau. Khi c¸c tÕ bµo t¸ch khái khèi u vµ x©m lÊn ra c¸c vïng m« xung quanh, khèi u chuyÓn sang d¹ng u ¸c tÝnh. Cßn nÕu khi c¸c tÕ bµo khèi u kh«ng cã biÓu hiÖn x©m lÊn c¸c m« xung quanh th× ®−îc gäi lµ u lµnh. B¶ng 8.1 nªu c¸c ®Æc ®iÓm ph©n biÖt c¬ b¶n gi÷a u ¸c tÝnh vµ u lµnh tÝnh. B¶ng 8.1. Ph©n biÖt u lµnh vµ u ¸c theo ®Æc ®iÓm sinh häc U ¸c tÝnh cã thÓ ph¸t t¸n tíi c¸c vïng kh¸c nhau cña c¬ thÓ vµ h×nh U lµnh tÝnh U ¸c tÝnh thµnh c¸c khèi u thø cÊp. Qu¸ tr×nh TÕ bµo biÖt hãa cao TÕ bµo Ýt biÖt hãa nµy ®−îc gäi lµ sù di c¨n. C¶ hai Ph©n bµo Ýt vµ chËm Ph©n chia nguyªn ph©n liªn tôc d¹ng khèi u lµnh tÝnh vµ ¸c tÝnh ®Òu Kh«ng x©m lÊn xung quanh X©m lÊn lan réng th−êng cã nh÷ng sai háng trong c¸c Kh«ng cã ho¹i tö Th−êng cã ho¹i tö trung t©m c¬ chÕ ®iÒu khiÓn sù ph©n bµo. Nh×n Cã vá bäc Kh«ng cã vá bäc chung c¸c nghiªn cøu vÒ ung th− RÊt Ýt t¸i ph¸t Lu«n t¸i ph¸t trªn 30 n¨m qua cho thÊy, viÖc mÊt Kh«ng di c¨n kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn ph©n bµo ®Òu Di c¨n liªn quan ®Õn c¸c sai háng di truyÒn. Ýt ¶nh h−ëng ®Õn c¬ thÓ ¶nh h−ëng nÆng ®Õn c¬ thÓ 8.1. C¸c d¹ng biÓu hiÖn cña bÖnh ung th− Ung th− kh«ng ph¶i lµ mét bÖnh duy nhÊt mµ thuËt ng÷ nµy ph¶n ¸nh mét nhãm c¸c d¹ng bÖnh lý kh¸c nhau (®Õn nay ®· cã trªn 200 d¹ng bÖnh ung th− ®−îc m« t¶). C¸c d¹ng ung th− cã thÓ xuÊt hiÖn tõ nhiÒu lo¹i m« kh¸c nhau cña c¬ thÓ. Mét sè d¹ng ph¸t triÓn nhanh, trong khi mét sè d¹ng kh¸c ph¸t triÓn chËm h¬n. Mét sè d¹ng cã thÓ ng¨n chÆn ®−îc nhê c¸c ph¸c ®å ®iÒu trÞ thÝch hîp, nh−ng còng cã nh÷ng d¹ng ®Õn nay ch−a ®iÒu trÞ ®−îc. Trong c¸c d¹ng ung th− kh¸c nhau (h×nh 8.1), ung th− tiÒn liÖt tuyÕn ë nam giíi lµ phæ biÕn nhÊt, sau ®ã lµ ung th− vó ë phô n÷. D¹ng ung th− phæ biÕn nhÊt cã c¶ ë hai giíi lµ ung th− phæi. Trong mét sè tr−êng hîp, nguy c¬ m¾c ung th− biÓu hiÖn 246

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− nh− mét tÝnh tr¹ng di truyÒn. Tuy vËy, ë phÇn lín tr−êng hîp, ung th− xuÊt hiÖn nh− hËu qu¶ tÝch lòy ngÉu nhiªn c¸c ®ét biÕn trong tÕ bµo soma. Dï r»ng ®Õn nay tØ lÖ bÖnh nh©n ung th− tö vong vÉn cßn cao. Nh−ng ph¶i kh¼ng ®Þnh r»ng nh÷ng tiÕn bé khoa häc kü thuËt trong kho¶ng 20 n¨m qua ®· ®¹t ®−îc nh÷ng b−íc tiÕn v−ît bËc vÒ kh¶ n¨ng chÈn ®o¸n sím vµ ph−¬ng ph¸p ®iÒu trÞ c¸c bÖnh ung th− kh¸c nhau. C¸c ph−¬ng ph¸p di truyÒn ph©n tö cho phÐp chÈn ®o¸n nguy c¬ m¾c mét sè bÖnh ung th− vèn tr−íc ®©y kh«ng thùc hiÖn ®−îc; qua ®ã ®Þnh h−íng c¸c biÖn ph¸p ng¨n ngõa, phßng chèng vµ ®iÒu trÞ bÖnh. Trong phßng thÝ nghiÖm, c¸c tÕ bµo ung th− cã thÓ ®−îc thu nhËn b»ng viÖc nu«i cÊy c¸c tÕ bµo b×nh th−êng (lµ c¸c tÕ bµo ®éng vËt ®−îc thuÇn hãa) råi xö lý chóng b»ng c¸c t¸c nh©n g©y ung th− (carcinogen). Nh÷ng t¸c nh©n nµy còng th−êng lµ c¸c t¸c nh©n g©y ®ét biÕn, nh− c¸c t¸c nh©n vËt lý (chiÕu x¹, phãng x¹), hoÆc c¸c t¸c nh©n hãa häc (hãa chÊt g©y ®ét biÕn) hay t¸c nh©n sinh häc (virut). C¸c tÕ bµo b×nh th−êng vµ tÕ bµo ung th− trong qu¸ tr×nh nu«i cÊy cã thÓ ph©n biÖt ®−îc qua sù biÓu hiÖn cña chóng. Th«ng th−êng, nÕu c¸c tÕ bµo b×nh th−êng chØ h×nh thµnh mét líp tÕ bµo trªn bÒ mÆt m«i tr−êng nu«i cÊy, th× c¸c tÕ bµo ung th− xuÊt hiÖn thµnh nhiÒu líp kÕt côm víi nhau, t¹o nªn nh÷ng khèi tÕ bµo lín. Së dÜ nh− vËy lµ do c¸c ®¸m tÕ bµo ung th− kh«ng ph¶n øng víi c¸c tÝn hiÖu øc chÕ ph©n bµo mµ chóng h×nh thµnh nªn nh÷ng cÊu tróc kh«ng cã tæ chøc (kh«ng ®Þnh h×nh), ®ång thêi th−êng cã sù tæng hîp c¸c protein bÊt th−êng, hoÆc cã nh÷ng biÕn ®æi vÒ cÊu tróc vµ sè l−îng nhiÔm s¾c thÓ. Nhãm bÖnh Nam giíi N÷ giíi MiÖng vµ vßm häng Ghi chó D¹ dµy Sè ng−êi m¾c bÖnh Ruét kÕt Sè ng−êi tö vong Tôy C¸c èng tiªu hãa kh¸c KhÝ qu¶n, phÕ qu¶n, phæi C¸c phÇn kh¸c cña hÖ h« hÊp X−¬ng vµ c¸c m« liªn kÕt Da Ngùc (nam) / vó (n÷) TuyÕn tiÒn liÖt (nam) / Tö cung (n÷) C¸c phÇn kh¸c cña hÖ sinh dôc Bµng quang ThËn vµ c¸c èng tiÕt niÖu M¾t, n·o vµ thÇn kinh trung −¬ng H¹ch b¹ch huyÕt B¹ch cÇu (m¸u tr¾ng) C¸c bÖnh kh¸c TØ lÖ t−¬ng ®èi gi÷a c¸c nhãm bÖnh ung th− kh¸c nhau H×nh 8.1. TÇn sè m¾c bÖnh vµ tØ lÖ tö vong cña c¸c bÖnh nh©n thuéc c¸c nhãm bÖnh ung th− kh¸c nhau. (theo thèng kª cña Së y tÕ Bang Winconsin, Hoa Kú, n¨m 1999). 247

§inh §oµn Long 8.2. Ung th− lµ hËu qu¶ cña sai háng trong ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo Mét chu tr×nh tÕ bµo b×nh th−êng (h×nh 8.2) §iÓm kiÓm tra G1 (®iÓm START) gåm hai pha sinh tr−ëng (G1 vµ G2) xen kÏ bëi mét pha sao chÐp ADN (pha S) vµ mét pha ph©n bµo (pha HÖ thèng M). Thêi gian kÐo dµi cña mçi chu tr×nh tÕ bµo còng ®iÒu khiÓn nh− tõng pha cña nã ®−îc ®iÒu khiÓn “chÆt chÏ” bëi §iÓm §iÓm kiÓm tra G2 c¸c ph©n tö tÝn hiÖu néi bµo vµ ngo¹i bµo. Sù chuyÓn kiÓm tra M ®æi tõ pha nµy sang pha kia trong chu tr×nh tÕ bµo do sù ®iÒu khiÓn phèi hîp cña nhiÒu ph©n tö tÝn hiÖu H×nh 8.2. Chu tr×nh tÕ bµo ë sinh vËt ®a bµo nhÊt ®Þnh vµ biÓu hiÖn b»ng nh÷ng ®¸p øng chÝnh x¸c vµ ®Æc tr−ng cña tÕ bµo víi tõng lo¹i ph©n tö tÝn hiÖu t−¬ng øng. NÕu cã sai sãt trong qu¸ tr×nh truyÒn tÝn hiÖu, hoÆc ®¸p øng cña tÕ bµo thiÕu chÝnh x¸c, c¸c tÕ bµo cã thÓ ph©n chia v« h¹n vµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i ung th−. Nh×n chung, cã thÓ nãi sù L−îng phøc hÖ Cdk4/6- Cdk2- Cdk2- Cdk1- chuyÓn tiÕp tõ pha nµy sang pha CyclinD CyclinE CyclinA CyclinB kh¸c trong chu tr×nh tÕ bµo ®−îc kiÓm so¸t bëi c¸c ®iÓm kiÓm tra chu tr×nh tÕ bµo. T¹i mçi ®iÓm kiÓm tra, d−êng nh− tÕ bµo thùc hiÖn b−íc “t¹m dõng” ®Ó kiÓm tra G1 S G2 M xem `tÕ bµo ®· s½n sµng cho pha §iÓm b¾t ®Çu (START) C¸c pha cña chu tr×nh tÕ bµo tiÕp theo hay ch−a (vÝ dô: sù sao chÐp ADN ®· hoµn thµnh hay nh÷ng sai háng ADN ®· ®−îc söa H×nh 8.3. Sù biÕn thiªn hµm l−îng c¸c phøc hÖ protein Cyclin ch÷a ch−a). C¬ chÕ ph©n tö t¹i vµ c¸c enzym kinase phô thuéc cyclin (CDK) qua c¸c pha cña mçi ®iÓm kiÓm tra lµ t−¬ng ®èi chu tr×nh tÕ bµo (vÝ dô nµy ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng). phøc t¹p. Tuy vËy, cã hai nhãm protein ®· biÕt cã vai trß chñ yÕu trong qu¸ tr×nh nµy lµ c¸c protein cyclin vµ c¸c kinase phô thuéc cyclin, ®−îc viÕt t¾t lµ CDK (cyclin- dependent kinase). C¸c CDK lµ thµnh phÇn tham gia ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo qua ho¹t ®éng xóc t¸c. C¸c enzym nµy ®iÒu hßa ho¹t tÝnh cña c¸c protein kh¸c b»ng viÖc phosphoryl hãa ph©n tö protein ®Ých. Tuy vËy, ho¹t tÝnh phosphoryl hãa cña CDK l¹i phô thuéc vµo sù cã mÆt cña c¸c cyclin. Nång ®é c¸c cyclin thay ®æi cã tÝnh chu kú qua c¸c pha cña chu tr×nh tÕ bµo (h×nh 8.3). C¸c protein cyclin gióp c¸c CDK cã thÓ thùc hiÖn ®−îc chøc n¨ng cña chóng qua sù h×nh thµnh phøc hÖ cyclin/CDK. Khi kh«ng cã cyclin, phøc hÖ nµy kh«ng h×nh thµnh vµ CDK ë d¹ng kh«ng ho¹t ®éng. Sù chuyÓn tiÕp tõ pha nµy sang pha kh¸c cña chu tr×nh tÕ bµo phô thuéc vµo chu kú h×nh thµnh vµ biÕn tÝnh cña c¸c phøc hÖ cyclin/CDK kh¸c nhau. Mét trong nh÷ng ®iÓm kiÓm tra quan träng nhÊt trong chu tr×nh tÕ bµo ®−îc gäi lµ ®iÓm b¾t ®Çu, gäi t¾t lµ ®iÓm START, ë gÇn cuèi pha G1 (h×nh 8.2). Lóc nµy, tÕ bµo nhËn ®−îc c¸c tÝn hiÖu néi bµo vµ ngo¹i bµo x¸c ®Þnh tÕ bµo ®· s½n sµng cho viÖc chuyÓn sang pha S hay ch−a. §iÓm START ®−îc ®iÒu khiÓn bëi protein cyclin lo¹i D (cyclinD) cã vai trß ho¹t hãa enzym CDK4. Khi phøc hÖ cyclinD/CDK4 h×nh thµnh ®Õn mét l−îng nhÊt ®Þnh, tÕ bµo v−ît ®iÓm START vµ chuyÓn sang pha S. Trong ®iÒu kiÖn tÕ bµo ch−a s½n sµng cho mét chu tr×nh míi, ch¼ng h¹n do m«i tr−êng thiÕu dinh d−ìng hay ADN sai háng ch−a ®−îc kh¾c phôc, mét sè protein øc chÕ ®−îc ho¹t hãa ®Ó ph¸ hñy phøc hÖ cyclinD/CDK4. KÕt qu¶ lµ tÕ bµo kh«ng ®−îc chuyÓn vµo pha S. Khi ®· ®¸p øng ®−îc c¸c 248

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt, hoÆc khi c¸c sai háng ADN ®· ®−îc söa ch÷a, c¸c yÕu tè øc chÕ bÞ ph©n hñy; nhê vËy, phøc hÖ cyclin D/CDK4 h×nh thµnh sÏ “thóc ®Èy” tÕ bµo kÕt thóc pha G1 vµ chuyÓn sang pha S. KÕt qu¶ lµ ADN ®−îc sao chÐp vµ lµ tiÒn ®Ò cho mét chu tr×nh tÕ bµo míi. ë nhiÒu tÕ bµo ung th−, ng−êi ta t×m thÊy sù ®iÒu khiÓn ë c¸c ®iÓm kiÓm tra nh− vËy kh«ng diÔn ra hoÆc diÔn ra kh«ng chÝnh x¸c. Sù mÊt kh¶ n¨ng ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo cã thÓ do c¸c sai háng di truyÒn lµm t¨ng hoÆc gi¶m bÊt th−êng phøc hÖ cyclinD/CDK4. Ch¼ng h¹n, trong c¸c tr−êng hîp c¸c gen m· hãa cyclinD vµ CDK4 còng nh− c¸c gen m· hãa c¸c protein ®iÒu hßa phøc hÖ cyclinD/CDK4 bÞ ®ét biÕn ®Òu cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng biÕn ®æi lµm mÊt kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn t¹i ®iÓm START. NghÜa lµ, cã nhiÒu kiÓu sai háng kh¸c nhau trong hÖ gen cã thÓ lµm “háng” bé m¸y ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo vµ tõ ®ã dÉn ®Õn hËu qu¶ cuèi cïng lµ chuyÓn c¸c tÕ bµo sang tr¹ng th¸i ung th−. So víi c¸c ®iÓm kiÓm tra chu tr×nh tÕ bµo kh¸c, sù rèi lo¹n (hay sai háng) t¹i ®iÓm kiÓm tra START cã xu h−íng chuyÓn tÕ bµo sang tr¹ng th¸i ung th− víi nguy c¬ cao ®Æc biÖt. Do ®iÓm kiÓm tra START quyÕt ®Þnh viÖc tÕ bµo cã chuyÓn vµo pha S hay kh«ng, nªn nÕu ®iÓm kiÓm tra nµy ho¹t ®éng kh«ng chÝnh x¸c, th× kh¶ n¨ng ADN sai háng ®−îc sao chÐp vµ truyÒn cho c¸c tÕ bµo thÕ hÖ con lµ cao. Nh− vËy, nÕu nh− c¸c tÕ bµo b×nh th−êng vèn ®−îc “lËp tr×nh” ®Ó t¹m dõng chu tr×nh tÕ bµo ë ®iÓm kiÓm tra START nh»m ®¶m b¶o cho viÖc söa ch÷a c¸c sai háng ADN; th× nh÷ng tÕ bµo biÓu hiÖn chøc n¨ng sai t¹i ®iÓm kiÓm tra START sÏ b−íc vµo pha S víi nguy c¬ mang c¸c sai háng ADN. Qua nhiÒu chu tr×nh tÕ bµo kh¸c nhau, c¸c ®ét biÕn sai háng ADN ®−îc tÝch luü vµ dÉn ®Õn lµm mÊt kh¶ n¨ng ®iÒu hßa qu¸ tr×nh ph©n bµo b×nh th−êng. V× vËy, mét dßng c¸c tÕ bµo háng chøc n¨ng t¹i ®iÓm kiÓm tra START cã nguy c¬ trë thµnh c¸c tÕ bµo ung th− ph¸t triÓn m¹nh. 8.3. B¶n chÊt di truyÒn cña ung th− C¸c b»ng chøng thùc nghiÖm d−íi ®©y ®· chøng minh phÇn nµo b¶n chÊt di truyÒn cña c¸c bÖnh ung th−: - Thø nhÊt, khi nu«i cÊy c¸c tÕ bµo ung th−, tÊt c¶ c¸c tÕ bµo con h×nh thµnh ®Òu lµ c¸c tÕ bµo ung th−. Nh− vËy, tr¹ng th¸i ung th− ®· ®−îc di truyÒn tõ thÕ hÖ tÕ bµo nµy sang thÕ hÖ tÕ bµo kh¸c. HiÖn t−îng nµy cho thÊy ung th− cã b¶n chÊt di truyÒn. - Thø hai, mét sè lo¹i virut cã thÓ g©y ung th− do c¸c gen virut m· hãa mét sè protein cã liªn quan chÆt chÏ víi sù ph¸t sinh c¸c tÕ bµo ung th−. - Thø ba, c¸c hîp chÊt g©y ®ét biÕn m¹nh th−êng lµ c¸c hîp chÊt g©y ung th−. C¸c hîp chÊt ®ét biÕn vµ c¸c t¸c nh©n chiÕu x¹ ion hãa tá ra lµ c¸c t¸c nh©n g©y ung th− m¹nh trong ung th− thùc nghiÖm. Ng−îc l¹i, mét sè ®iÒu tra cho thÊy c¸c t¸c nh©n g©y ung th− trong m«i tr−êng sèng ®Òu cã t¸c ®éng g©y ®ét biÕn m¹nh trong phßng thÝ nghiÖm. - Thø t−, mét sè d¹ng ung th− cho thÊy râ xu h−íng di truyÒn theo dßng hä, ®−îc gäi lµ ung th− theo dßng hä (hay ung th− di truyÒn), vÝ dô nh− mét sè d¹ng ung th− ruét kÕt hay ung th− nguyªn bµo vâng m¹c. Nh÷ng bÖnh ung th− kh¸c d−êng nh− kh«ng biÓu hiÖn di truyÒn theo dßng hä ®−îc gäi lµ ung th− ®¬n ph¸t (vÒ biÓu hiÖn, ung th− ®¬n ph¸t xuÊt hiÖn víi tÇn sè cao h¬n ung th− theo dßng hä). 249

§inh §oµn Long - Thø n¨m, mét sè d¹ng −ng th− m¸u liªn quan chÆt chÏ ®Õn c¸c sai háng cña nh÷ng nhiÔm s¾c thÓ nhÊt ®Þnh. C¸c bÖnh ung th− kh¸c nhau ®−îc x¸c ®Þnh cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn c¸c sai háng nhiÔm s¾c thÓ vµ c¸c ®ét biÕn gen (®−îc nªu ë phÇn sau). Vµo c¸c n¨m 1980 - 1990, khi c¸c kü thuËt di truyÒn ®−îc sö dông lÇn ®Çu tiªn ®Ó nghiªn cøu tÕ bµo ung th−, c¸c nhµ nghiªn cøu ®· ph¸t hiÖn ra r»ng, nhiÒu d¹ng ung th− thùc chÊt lµ do c¸c sai háng cña gen. Tuy vËy, th«ng th−êng ph¶i cã vµi sai háng x¶y ra ®ång thêi míi chuyÓn mét tÕ bµo b×nh th−êng sang tr¹ng th¸i ung th−. C¸c nhµ ung th− häc ®· ph©n lo¹i hai nhãm gen chÝnh khi bÞ ®ét biÕn trùc tiÕp cã liªn quan ®Õn sù ph¸t sinh c¸c tÕ bµo ung th−. Nhãm thø nhÊt bao gåm c¸c gen thóc ®Èy qu¸ tr×nh ph©n chia tÕ bµo mét c¸ch kh«ng kiÓm so¸t ®−îc, gäi lµ c¸c gen g©y khèi u (hay gen ung th−, oncogene). C¸c gen g©y khèi u ®iÓn h×nh nhÊt ®−îc t×m thÊy ®Çu tiªn ë c¸c retrovirut. Liªn quan ®Õn nh÷ng gen nµy lµ c¸c tiÒn gen g©y khèi u (proto-oncogen) ®−îc t×m thÊy ë c¸c tÕ bµo chñ (®éng vËt vµ ng−êi). C¸c tiÒn gen g©y khèi u cã thÓ ®ét biÕn thµnh c¸c gen g©y khèi u. Nhãm thø hai bao gåm c¸c gen khi ë d¹ng b×nh th−êng cã vai trß kiÓm so¸t sù ph©n chia tÕ bµo, ®−îc gäi lµ c¸c gen øc chÕ khèi u (cßn gäi lµ gen kiÒm chÕ gen ung th−, tumor suppressor gene). Mét nhãm c¸c gen nµy trùc tiÕp tham gia vµo c¸c c¬ chÕ söa ch÷a ADN, nªn khi bÞ ®ét biÕn chóng lµm t¨ng tÇn sè ®ét biÕn cña nh÷ng gen kh¸c, v× vËy d¹ng ®ét biÕn cña chóng ®−îc gäi lµ c¸c gen g©y ®ét biÕn (mutator gene). D−íi ®©y, chóng ta sÏ ®Ò cËp ®Õn t¸c ®éng cña c¸c nhãm gen nµy tíi sù ph¸t sinh ung th− trong ph¹m vi hiÓu biÕt ®Õn nay. 8.4. Kh¸i niÖm vÒ c¸c gen g©y khèi u C¸c gen g©y khèi u (oncogene) bao gåm mét nhãm ®a d¹ng c¸c gen mµ s¶n phÈm cña chóng cã vai trß quan träng trong ®iÒu hßa c¸c ho¹t ®éng sinh hãa cña tÕ bµo liªn quan ®Õn sù ph©n bµo. Nh÷ng gen nµy lÇn ®Çu tiªn ®−îc ph¸t hiÖn ë hÖ gen cña c¸c retrovirut cã kh¶ n¨ng g©y khèi u ë c¸c c¬ thÓ vËt chñ khi l©y nhiÔm. Sau nµy, c¸c gen t−¬ng tù ®−îc t×m thÊy ë nhiÒu sinh vËt kh¸c, kÓ c¶ tõ ruåi giÊm cho ®Õn con ng−êi. 8.4.1. Retrovirut vµ c¸c gen g©y khèi u ë virut Nh÷ng hiÓu biÕt ®Çu tiªn vÒ c¬ chÕ ph©n tö cña ung th− b¾t nguån tõ c¸c nghiªn cøu vÒ c¸c virut g©y khèi u. NhiÒu virut nh− vËy cã vËt chÊt di truyÒn lµ ARN thuéc nhãm retrovirut, vÝ dô nh− virut RSV ®−îc nªu d−íi ®©y. C¸c virut thuéc nhãm nµy sau khi x©m nhËp vµo tÕ bµo chñ dïng c¸c ph©n tö ARN cña chóng lµm khu«n ®Ó tæng hîp nªn m¹ch ADN bæ sung (cADN) qua qu¸ tr×nh phiªn m· ng−îc (xem thªm ch−¬ng 3 vÒ c¬ chÕ sao chÐp axit nucleic ë retrovirut). Tuy nhiªn, trong thùc tÕ còng cã nhiÒu virut g©y khèi u cã hÖ gen lµ ADN, ch¼ng h¹n nh− HPV (virut g©y ung th− cæ tö cung, d−¬ng vËt), EBV (virut g©y ung th− tÕ bµo lympho Burkitt) vµ HBV (g©y ung th− gan). C¬ chÕ g©y ung th− cña mçi nhãm virut n»m ngoµi ph¹m vi cña gi¸o tr×nh nµy. Virut g©y khèi u ®Çu tiªn ®−îc Peyton Rous ph¸t hiÖn n¨m 1910 lµ virut sac«m ë gµ ®−îc ®Æt tªn lµ virut Rous sac«m (viÕt t¾t lµ RSV). HÖ gen ARN cña RSV chØ cã 4 gen: gen gag m· hãa cho protein vá virut; gen pol m· hãa cho enzym reverse transcriptase; gen env m· hãa cho protein mµng trong cña virut vµ gen v-src m· hãa cho mét enzym kinase. §iÓm ®Æc tr−ng cña enzym kinase ë virut lµ nã cã kh¶ n¨ng phosphryl hãa nhiÒu protein kh¸c nhau. Trong sè 4 gen cña virut, v-src lµ gen trùc tiÕp liªn quan ®Õn sù h×nh thµnh khèi u cña tÕ bµo chñ. Khi gen v-src cña virut bÞ c¾t bá, virut vÉn cã kh¶ n¨ng l©y nhiÔm nh−ng khèi u kh«ng h×nh thµnh. Gen v-src lµ mét vÝ dô vÒ gen g©y khèi u. 250

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− C¸c nghiªn cøu liªn quan ®Õn c¸c lo¹i virut g©y khèi u kh¸c ®Õn nay ®· ph¸t hiÖn ra nhiÒu gen g©y khèi u kh¸c nhau; theo qui −íc, chóng ®−îc viÕt t¾t lµ v-onc (b¶ng 8.2). Mét sè trong nh÷ng gen nµy liªn quan ®Õn c¸c yÕu tè t¨ng tr−ëng. Ch¼ng h¹n v-sis lµ gen g©y khèi u sac«m ë khØ m· hãa cho mét yÕu tè t¨ng tr−ëng cã nguån gèc tõ tiÓu cÇu lµ PDGF (platelet-derived growth factor). PDGF b×nh th−êng ®−îc sinh ra tõ c¸c tÕ bµo tiÓu cÇu tham gia vµo qu¸ tr×nh lµm lµnh vÕt th−¬ng b»ng viÖc thóc ®Èy tÕ bµo ph©n chia ë vÞ trÝ vÕt th−¬ng x¶y ra. Gen v-sis cña virut m· hãa cho mét protein gièng PDGF nh−ng khi l©y nhiÔm tÕ bµo chñ, gen nµy ®−îc biÓu hiÖn theo kiÓu kh«ng ®−îc kiÓm so¸t, dÉn ®Õn sù ph©n chia hçn lo¹n cña tÕ bµo vµ h×nh thµnh khèi u. C¸c gen g©y khèi u kh¸c m· hãa cho c¸c lo¹i protein cã tÝnh chÊt gièng yÕu tè t¨ng tr−ëng hoÆc gièng víi c¸c thô thÓ cña hoocm«n. Ch¼ng h¹n nh− gen v-erbB t×m thÊy ë virut g©y t¨ng hång cÇu ë chim m· hãa cho mét lo¹i protein gièng thô thÓ cña tÕ bµo ®Æc hiÖu víi yÕu tè t¨ng tr−ëng biÓu m« - EGF (epidermal growth factor); hoÆc nh− gen v- fms t×m thÊy ë virut g©y khèi u sac«m ë mÌo m· hãa cho protein gièng víi thô thÓ ®Æc hiÖu cña yÕu tè t¨ng tr−ëng CSF-1. C¶ hai thô thÓ cña c¸c yÕu tè t¨ng tr−ëng trªn ®Òu lµ c¸c protein xuyªn mµng tÕ bµo cã vÞ trÝ ®Ýnh kÕt cña yÕu tè t¨ng tr−ëng ë ngoµi mµng vµ miÒn ho¹t tÝnh kinase ë bªn trong mµng. MiÒn ho¹t tÝnh kinase cã chøc n¨ng phosphoryl hãa mét sè lo¹i axit amin nhÊt ®Þnh (phæ biÕn nhÊt lµ Tyr) khi nã t−¬ng t¸c víi mét ph©n tö protein. B¶ng 8.2. Mét sè gen g©y khèi u (oncogene) ë retrovirut Tªn gen Lo¹i virut VËt chñ Chøc n¨ng s¶n phÈm cña gen abl Virut b¹ch cÇu Abelson Chuét protein kinase ®Æc hiÖu tyrosine erbA Virut g©y t¨ng hång cÇu ë chim Gµ gièng víi thô thÓ hoocm«n thyroid erbB Virut g©y t¨ng hång cÇu ë chim Gµ yÕu tè t¨ng tr−ëng biÓu m« (EGF) bÞ c¾t ng¾n fes Virut sac«m ST ë mÌo MÌo kinase ®Æc hiÖu tyrosine fgr Virut sac«m Gardner-Rasheed MÌo kinase ®Æc hiÖu tyrosine fms Virut sac«m McDonough MÌo kinase ®Æc hiÖu tyrosine fos Virut sac«m x−¬ng FJB Chuét protein ho¹t hãa phiªn m· fps Virut sac«m Fuginami Gµ kinase ®Æc hiÖu tyrosine jun Virut sac«m 17 ë chim Gµ protein ho¹t hãa phiªn m· mil (mbt) Virut MH2 Gµ kinase ®Æc hiÖu serine/threonine mos Virut sac«m Moloney Chuét kinase ®Æc hiÖu serine/threonine myb Virut tÕ bµo tñy x−¬ng ë chim Gµ protein yÕu tè phiªn m· myc Virut tÕ bµo m¸u MC29 Gµ protein yÕu tè phiªn m· raf Virut sac«m 3611 Chuét kinase ®Æc hiÖu serine/threonine H-ras Virut sac«m Harvey Chuét ®ång protein liªn kÕt GTP K-ras Virut sac«m Kirsten Chuét ®ång protein liªn kÕt GTP rel Virut l−íi néi m« Gµ t©y protein yÕu tè phiªn m· ros Virut sac«m URII Gµ kinase ®Æc hiÖu tyrosine sis Virut sac«m khØ KhØ gièng yÕu tè sinh tr−ëng cã nguån gèc tiÓu cÇu (PDGF) src Virut sac«m gµ Gµ kinase ®Æc hiÖu tyrosine yes Virut sac«m Y73 Gµ kinase ®Æc hiÖu tyrosine NhiÒu gen g©y khèi u kh¸c cña virut nh− v-src m· ho¸ cho enzym tyrosine kinase kh«ng ph¶i lµ protein xuyªn mµng. Thay vµo ®ã, protein nµy n»m ë mÆt trong cña mµng tÕ bµo, nh−ng còng cã chøc n¨ng phosphoryl hãa. Mét sè gen g©y khèi u kh¸c nh− v-ras m· hãa cho protein ®Ýnh kÕt GTP (rÊt gièng víi c¸c G-protein cña tÕ bµo) tham gia ®iÒu hoµ l−îng cAMP trong tÕ bµo (ë ch−¬ng 6, chóng ta biÕt r»ng cAMP lµ mét ph©n tö tÝn hiÖu néi bµo tham gia ®iÒu khiÓn sù biÓu hiÖn cña c¸c gen). 251

§inh §oµn Long Mét nhãm gen g©y khèi u kh¸c cña virut m· hãa cho c¸c protein cã vai trß lµ c¸c yÕu tè ®iÒu hoµ phiªn m·. Nh÷ng gen nµy bao gåm v-jun, v-fos, v-erbA, vµ v-myc ®−îc ph¸t hiÖn ë c¸c lo¹i virut kh¸c nhau. Nh−ng protein ®−îc m· hãa bëi nh÷ng gen nµy gièng víi c¸c protein liªn kÕt ®Æc hiÖu ADN vµ tham gia vµo sù ®iÒu hoµ phiªn m·. Nh− vËy, cã thÓ nãi phÇn lín c¸c gen virut g©y khèi u ®Òu m· hãa cho c¸c protein trùc tiÕp hay gi¸n tiÕp tham gia ®iÒu khiÓn sù biÓu hiÖn cña c¸c gen cã vai trß trong sù t¨ng tr−ëng hay ®iÒu khiÓn sù ph©n bµo. Mét sè protein nµy trùc tiÕp lµ c¸c ph©n tö tÝn hiÖu thóc ®Èy c¸c ho¹t ®éng cña tÕ bµo; mét sè kh¸c cã vai trß nh− c¸c thô thÓ ®ãn nhËn c¸c tÝn hiÖu t¨ng sinh tÕ bµo; hay chóng trë thµnh c¸c ph©n tö truyÒn tÝn hiÖu tõ tÕ bµo chÊt vµo nh©n; trong khi mét sè protein kh¸c ®−îc m· hãa bëi c¸c gen g©y khèi u cã vai trß lµ c¸c yÕu tè ®iÒu hßa phiªn m· thóc ®Èy sù biÓu hiÖn cña c¸c gen kh¸c. 8.4.2. C¸c tiÒn gen g©y khèi u cña tÕ bµo chñ Nh− tr×nh bµy ë trªn, c¸c gen g©y khèi u cña virut th−êng gièng víi c¸c gen m· hãa cho c¸c protein cã chøc n¨ng ®iÒu hoµ quan träng trong tÕ bµo chñ. Trong thùc tÕ, nhiÒu protein nh− vËy cña c¸c tÕ bµo chñ chØ ®−îc x¸c ®Þnh khi ph©n lËp c¸c gen g©y khèi u ë virut. VÝ dô nh− gen t−¬ng ®ång cña gen v-src trong tÕ bµo chñ (gµ) ®−îc t×m thÊy khi sµng läc th− viÖn ADN ®−îc t¹o ra tõ c¸c con gµ nhiÔm virut sac«m gµ - RSV. §Ó sµng läc ®−îc c¸c gen nµy, gen v-src ®−îc dïng lµm mÉu dß ®Ó lai víi th− viÖn hÖ gen gµ. Qua ®ã, ng−êi ta ph¸t hiÖn ra tÕ bµo chñ chøa nh÷ng gen cã tr×nh tù gièng víi gen v-src. Tuy nhiªn, nh÷ng gen t−¬ng ®ång ë tÕ bµo chñ kh¸c víi gen v-src ë mét ®iÓm rÊt quan träng lµ chóng chøa thªm c¸c ®o¹n tr×nh tù intron (h×nh 8.4). Trong thùc tÕ, gen t−¬ng ®ång ë gµ cã chøa 11 intron trong khi gen v-src cña virut kh«ng chøa tr×nh tù intron nµo. Ph¸t hiÖn nµy cho thÊy cã kh¶ n¨ng chÝnh c¸c gen v-src cã nguån gèc tõ c¸c gen b×nh th−êng vèn cã trong c¸c tÕ bµo chñ nh−ng ®· ®−îc xÐn bá c¸c intron. C¸c gen trong tÕ bµo chñ t−¬ng ®ång víi c¸c gen g©y khèi u ë virut ®−îc gäi lµ c¸c tiÒn gen g©y khèi u cña tÕ bµo chñ, hay cßn gäi lµ c¸c tiÒn gen ung th− ®−îc viÕt t¾t lµ c-onc (t−¬ng øng víi c¸c v-onc ë virut). Theo nguyªn t¾c ®Æt tªn nµy, tiÒn gen g©y khèi u cña tÕ bµo chñ t−¬ng ®ång víi v-src lµ c-src. Tr×nh tù m· hãa cña hai gen nµy rÊt gièng nhau, chØ kh¸c nhau ë 18 nucleotide: v-src m· hãa cho mét protein chøa 526 axit amin, cßn c-src m· hãa cho mét protein chøa 533 axit amin. Nhê viÖc dïng c¸c gen v-onc lµm mÉu dß, ng−êi ta ®· ph©n lËp ®−îc nhiÒu gen c-onc kh¸c nhau tõ c¸c c¬ thÓ vËt chñ kh¸c nhau, trong ®ã cã c¶ ë ng−êi. Mét ph¸t hiÖn quan träng tõ nh÷ng nghiªn cøu nµy lµ c¸c tiÒn gen g©y khèi u ®−îc ph©n lËp tõ c¸c tÕ bµo chñ kh¸c nhau l¹i cã c¸c ®Æc ®iÓm cÊu tróc gièng nhau. Ch¼ng h¹n nh− c¸c tiÒn gen g©y khèi u ë ruåi giÊm rÊt gièng víi c¸c tiÒn gen g©y khèi u t×m thÊy trong tÕ bµo cña c¸c ®éng vËt cã x−¬ng sèng kh¸c, bao gåm c¸c gen c-abl, c-erbB, c-fps, c-raf, vµ c-myb. Sù gièng nhau cña c¸c tiÒn gen g©y khèi u ë c¸c loµi kh¸c nhau cho thÊy HÖ gen retrovirut (ARN) pol env chóng th−êng lµ c¸c gen cã gag chøc n¨ng quan träng. Mét c©u hái ®Æt ra lµ: t¹i Intron Intron Intron Intron ADN vËt chñ sao c-onc cã intron cßn v-onc (gen c-src) kh«ng cã intron? Lêi gi¶i thÝch Exon1 Exon2 Exon3 Exon4 Exon5 hîp lý h¬n c¶ lµ c¸c v-onc cã Virut RSV nguån gèc tõ chÝnh c¸c c-onc gag pol Gen v-src env t−¬ng øng th«ng qua qu¸ tr×nh phiªn m·, ë ®ã mét b¶n phiªn H×nh 8.4. C¸c gen g©y khèi u (oncogene) ë virut RSV vµ tiÒn gen m· ARN cña c-onc sau khi g©y khèi u (proto-oncogene) ë c¬ thÓ chñ (gµ). h×nh thµnh ®· g¾n vµo hÖ gen 252

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− cña retrovirut (hÖ gen cña nh÷ng virut nµy lµ ARN). Khi virut ®ãng gãi, nã sÏ mang vËt chÊt di truyÒn t¸i tæ hîp cïng b¶n phiªn m· cña gen c-onc (lóc nµy ®· trë thµnh v-onc v× ®· ®−îc xÐn bá c¸c intron). Trong c¸c lÇn l©y nhiÔm tÕ bµo chñ sau ®ã, virut cã thÓ truyÒn gen v-onc sang c¸c tÕ bµo míi bÞ l©y nhiÔm. Trong qu¸ tr×nh ®ã, ph©n tö ARN t¸i tæ hîp ®−îc phiªn m· ng−îc thµnh ADN råi g¾n vµo hÖ gen tÕ bµo chñ. D−íi d¹ng th«ng tin cña virut, gen v-onc t¸i tæ hîp khi phiªn m· kh«ng cßn bÞ c¾t intron n÷a. VËy, t¹i sao gen v-onc g©y khèi u, trong khi gen c-onc th−êng kh«ng g©y khèi u? Trong nhiÒu tr−êng hîp, c¸c gen v-onc cã hiÖu suÊt tæng hîp protein cao h¬n so víi gen c- onc t−¬ng øng; ®iÒu nµy x¶y ra cã lÏ lµ do ho¹t ®éng cña c¸c tr×nh tù t¨ng c−êng cã trong hÖ gen virut. Ch¼ng h¹n nh− ë tÕ bµo khèi u ë gµ, ng−êi ta t×m thÊy gen v-src tæng hîp enzym tyrosine kinase m¹nh gÊp 100 lÇn so víi c-src t−¬ng øng. L−îng kinase t¨ng ®ét ngét cã thÓ lµ nguyªn nh©n g©y rèi lo¹n c¬ chÕ truyÒn tÝn hiÖu tham gia ®iÒu khiÓn sù ph©n bµo, dÉn ®Õn viÖc t¨ng sinh kh«ng kiÓm so¸t ®−îc cña tÕ bµo. C¸c gen v-onc kh¸c cã thÓ g©y khèi u do c¸c protein cña nã ®−îc tæng hîp vµo c¸c thêi ®iÓm kh«ng phï hîp víi chu tr×nh tÕ bµo cña c¬ thÓ chñ (ë ch−¬ng 6, chóng ta ®· biÕt phÇn lín c¸c gen eukaryote ®−îc ®iÒu khiÓn chØ biÓu hiÖn vµo ®óng thêi ®iÓm vµ vÞ trÝ nhÊt ®Þnh trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn), hoÆc do c¸c ®ét biÕn gen dÉn ®Õn h×nh thµnh c¸c d¹ng biÕn ®æi kh¸c nhau cña protein mµ nã m· hãa. 8.4.3. C¸c tiÒn gen g©y khèi u cã thÓ ®ét biÕn thµnh gen g©y khèi u C¸c tiÒn gen g©y khèi u (c-onc) th−êng m· hãa cho c¸c s¶n phÈm gi÷ vai trß quan träng trong ®iÒu hßa c¸c ho¹t ®éng t¨ng sinh tÕ bµo. V× vËy, nÕu mét trong nh÷ng gen nµy bÞ ®ét biÕn, nã cã thÓ dÉn ®Õn sù mÊt c©n b»ng trong c¸c qu¸ tr×nh sinh hãa vµ chuyÓn tÕ bµo sang tr¹ng th¸i ung th−. NhiÒu nghiªn cøu cho thÊy sù xuÊt hiÖn tr¹ng th¸i ung th− cña tÕ bµo cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn sù ®ét biÕn cña c¸c tiÒn gen g©y khèi u. Ch¼ng h¹n, khi nghiªn cøu ë c¸c bÖnh nh©n ung th− bµng quang, Robert Weinber vµ céng sù ®· x¸c ®Þnh ®−îc ®ét biÕn gen c-onc lµ c-H-ras lµ nguyªn nh©n trùc tiÕp g©y ra bÖnh nµy. C¸c nghiªn cøu di truyÒn häc sau nµy cïng gãp phÇn tiÕp tôc lµm s¸ng tá thªm c¬ chÕ g©y ung th− cña mét sè ®ét biÕn gen. Kh«ng gièng nh− c¸c v-onc cña virut, c¸c c-onc ®ét biÕn th−êng kh«ng tæng hîp ra mét l−îng lín bÊt th−êng protein. Thay vµo ®ã, nã th−êng lµ c¸c ®ét biÕn lµm thay thÕ axit amin trong s¶n phÈm gen. VÝ dô nh− ®ét biÕn gen c-H-ras dÉn ®Õn sù thay thÕ axit amin Val → Gly ë vÞ trÝ axit amin sè 12 trªn ph©n tö protein lµm gi¶m ho¹t tÝnh cña protein nµy trong ph¶n øng thñy ph©n GTP. Khi ho¹t tÝnh cña protein nµy gi¶m, qu¸ tr×nh truyÒn tÝn hiÖu kÝch thÝch tÕ bµo ph©n chia kh«ng kiÓm so¸t ®−îc vµ lµ nguyªn nh©n chuyÓn tÕ bµo sang tr¹ng th¸i ung th−. C¸c d¹ng ®ét biÕn cña tiÒn gen g©y khèi u c-ras ë ng−êi ®Õn nay ®· ®−îc t×m thÊy ë nhiÒu lo¹i tÕ bµo ung th− kh¸c nhau, bao gåm ung th− phæi, ung th− ruét kÕt, ung th− vó, ung th− tiÒn liÖt tuyÕn, ung th− bµng quang, ung th− n·o, ung th− m« liªn kiÕt, ... Trong tÊt c¶ c¸c tr−êng hîp nµy, c¸c ®ét biÕn ®Òu liªn quan ®Õn sù thay thÕ cña c¸c axit amin ë ba vÞ trÝ axit amin sè 12, 59 vµ 61. Sù thay thÕ axit amin ë c¸c vÞ trÝ nµy ®Òu chuyÓn protein Ras ®ét biÕn thµnh d¹ng ph©n tö tÝn hiÖu kÝch thÝch ph©n bµo. V× vËy, nh÷ng ®ét biÕn nµy cã thÓ xem lµ nh÷ng ®ét biÕn tréi g©y nªn sù ph©n chia kh«ng kiÓm so¸t cña tÕ bµo. C¸c d¹ng ®ét biÕn gen ph¸t sinh tõ c¸c gen c-onc dÉn ®Õn sù h×nh thµnh c¸c tÕ bµo ung th− hiÕm khi ®−îc di truyÒn sang thÕ hÖ sau v× rÊt Ýt khi xuÊt hiÖn ë tÕ bµo sinh dôc; thay vµo ®ã, trong phÇn lín tr−êng hîp, chóng xuÊt hiÖn ngÉu nhiªn vµ ®−îc tÝch lòy ë c¸c tÕ bµo soma. Do sè lÇn ph©n bµo trong mét c¬ thÓ ng−êi lµ rÊt lín (h¬n 1016 lÇn) nªn hµng ngµn ®ét biÕn liªn quan ®Õn gen c-onc cã thÓ x¶y ra, vµ nÕu mét trong nh÷ng ®ét 253

§inh §oµn Long biÕn ®ã lµ ®ét biÕn tréi ho¹t hãa sù ph©n bµo kh«ng kiÓm so¸t th× sù h×nh thµnh khèi u lµ khã tr¸nh khái. Tuy nhiªn, ë phÇn lín c¸ thÓ b×nh th−êng, khèi u kh«ng ph¸t triÓn. NghÞch lý nµy ®−îc gi¶i thÝch lµ do ë ng−êi, tÕ bµo b×nh th−êng cã c¸c c¬ chÕ söa ch÷a c¸c ®ét biÕn ®iÓm xuÊt hiÖn trªn c¸c gen c-onc (xem ch−¬ng 6). Nh−ng nÕu nhiÒu ®ét biÕn (cã h¹i) cïng x¶y ra mét lóc th× kh¶ n¨ng kh¾c phôc cña tÕ bµo gÆp khã kh¨n, dÉn ®Õn sù t¨ng sinh kh«ng kiÓm so¸t cña tÕ bµo vµ tÕ bµo chuyÓn sang tr¹ng th¸i ung th−. ë phÇn lín khèi u, ng−êi ta thÊy cã Ýt nhÊt mét ®ét biÕn liªn quan ®Õn c-onc. Tõ nh÷ng hiÓu biÕt ®ã, cã thÓ nãi c¸c tiÒn gen g©y khèi u cã vai trß quan träng trong sù ph¸t sinh ung th− vµ d−êng nh− sù h×nh thµnh c¸c khèi u chñ yÕu lµ do c¸c ®ét biÕn ngÉu nhiªn th−êng x¶y ra ë tÕ bµo soma cïng víi c¸c sai háng trong c¸c c¬ chÕ söa ch÷a ADN. 8.4.4. §ét biÕn nhiÔm s¾c thÓ trong c¸c tÕ bµo ung th− Mét sè bÖnh ung th− xuÊt hiÖn ë ng−êi C¸c NST b×nh th−êng C¸c NST chuyÓn ®o¹n liªn quan trùc tiÕp ®Õn ®ét biÕn hoÆc sù “s¾p Sè 9 Sè 22 9q+ 22q- xÕp l¹i” c¸c NST. Ch¼ng h¹n, bÖnh ung th− b¹ch cÇu thÓ tñy tr−êng diÔn - CML (chronic myelogenous) liªn quan ®Õn sù biÕn ®æi ë NST sè 22. KiÓu h×nh NST bÊt th−êng nµy bcr ®−îc ph¸t hiÖn lÇn ®Çu tiªn ë thµnh phè Philadelphia (Mü) nªn ®−îc gäi lµ nhiÔm NST s¾c thÓ Philadelphia. Ban ®Çu, ng−êi ta philadelphia cho r»ng NST nµy chØ bÞ mÊt ®o¹n ®¬n trªn vai dµi (kÝ hiÖu q) cña nã, nh−ng sau ®ã c¸c c-abl nghiªn cøu s©u h¬n cho thÊy NST Philadelphia thùc chÊt h×nh thµnh do sù H×nh 8.5. ChuyÓn ®o¹n t−¬ng hç liªn quan ®Õn chuyÓn ®o¹n gi÷a hai NST sè 9 vµ sè 22 nhiÔm s¾c thÓ Philadelphia lµ nguyªn nh©n g©y (h×nh 8.5). Trong tr−êng hîp chuyÓn ®o¹n ung th− b¹ch cÇu thÓ tñy tr−êng diÔn - CML Philadelphia, phÇn ®Çu cña vai dµi NST sè 9 dÝnh vµo phÇn th©n cña NST sè 22, trong khi ®ã phÇn th©n cña NST sè 9 g¾n víi phÇn ®Çu mót cña NST sè 22. §iÓm ®øt g·y trªn NST sè 9 x¶y ra ®óng ë vÞ trÝ tiÒn gen g©y khèi u c-abl m· hãa cho mét protein kinase, cßn ®iÓm ®øt g·y trªn NST sè 22 x¶y ra t¹i vÞ trÝ gen ký hiÖu lµ bcr. Sau khi x¶y ra chuyÓn ®o¹n NST, hai gen bcr vµ c-abl t¹o thµnh mét gen “dung hîp” mµ s¶n phÈm cña nã lµ mét chuçi polypeptide cã ®Çu N tËn cïng cña gen bcr cßn ®Çu C tËn cïng cña gen c-abl. ChÝnh sù dung hîp hai gen nµy lµ nguyªn nh©n g©y nªn bÖnh ung th− cña NST philadelphia. BÖnh m¸u tr¾ng liªn quan ®Õn ung th− tÕ bµo lympho Burkitt lµ mét vÝ dô kh¸c vÒ hiÖn t−îng chuyÓn ®o¹n NST g©y ung th−. ChuyÓn ®o¹n nµy x¶y ra gi÷a NST sè 8 vµ mét trong ba NST sè 2, 14 vµ 22 lµ c¸c NST mang c¸c gen m· hãa cho c¸c chuçi polypeptide h×nh thµnh kh¸ng thÓ (xem ch−¬ng 9). Trong ®ã, chuyÓn ®o¹n gi÷a NST sè 8 vµ 14 x¶y ra phæ biÕn h¬n c¶. Khi chuyÓn ®o¹n x¶y ra, tiÒn gen g©y khèi u c-myc trªn NST sè 8 ®−îc chuyÓn ®Õn n»m gÇn gen m· hãa cho chuçi nÆng cña kh¸ng thÓ trªn NST sè 14. Sù s¾p xÕp l¹i NST nh− vËy dÉn ®Õn viÖc t¨ng c−êng sù biÓu hiÖn cña gen c-myc trong tÕ bµo lympho B. §©y ®−îc coi lµ nguyªn nh©n trùc tiÕp lµm tÕ bµo chuyÓn sang tr¹ng th¸i ung th−. 254

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− 8.5. Kh¸i niÖm vÒ c¸c gen øc chÕ khèi u C¸c alen b×nh th−êng cña c¸c gen c-ras vµ c-myc m· hãa cho c¸c ph©n tö protein tham gia ®iÒu hßa d−¬ng tÝnh sù ph©n bµo (thóc ®Èy sù t¨ng sinh tÕ bµo). Khi c¸c gen nµy ®−îc biÓu hiÖn ë møc ®é cao bÊt th−êng, hoÆc khi chóng s¶n sinh ra c¸c protein cã t¸c ®éng nh− nh÷ng chÊt ho¹t hãa m¹nh bÊt th−êng th× c¸c tÕ bµo cã xu h−íng h×nh thµnh khèi u. Tuy vËy, mét tÕ bµo b×nh th−êng khi chuyÓn sang tr¹ng th¸i ung th− th−êng kh«ng chØ do sù t¨ng møc biÓu hiÖn cña nh÷ng gen ®¬n lÎ mµ cÇn ph¶i cã mét sè ®ét biÕn bæ sung x¶y ra ë c¸c gen øc chÕ ph©n bµo. Nh÷ng gen thuéc nhãm thø hai nµy ®−îc gäi lµ c¸c gen øc chÕ khèi u (tumor suppressor gene) hay gen chèng ung th− (anti-oncogene). 8.5.1. C¸c bÖnh ung th− theo dßng hä vµ gi¶ thiÕt hai môc tiªu cña Knudson RÊt nhiÒu gen øc chÕ khèi u ®−îc Alen 1 Alen 2 ph¸t hiÖn khi ph©n tÝch c¸c bÖnh ung th− hiÕm gÆp cã biÓu hiÖn di truyÒn theo dßng KiÓu d¹i hä. Trong c¸c ph¶ hÖ, sù xuÊt hiÖn cña nh÷ng bÖnh ung th− nµy biÓu hiÖn nh− mét Sù ®iÒu khiÓn chu tr×nh kiÓu h×nh tréi/lÆn. Trong nh÷ng tr−êng hîp tÕ bµo b×nh th−êng ®ã, ng−êi ta ®Òu thÊy ung th− x¶y ra hoÆc Sù kiÖn thø nhÊt ®−îc di truyÒn tõ nh÷ng c¸ thÓ dÞ hîp tö §ét biÕn mang alen ®ét biÕn lµm mÊt chøc n¨ng cña c¸c gen øc chÕ khèi u. Tuy nhiªn, ung th− Khèi u bÞ øc chÕ chØ xuÊt hiÖn khi mét ®ét biÕn thø hai xuÊt Sù kiÖn thø hai hiÖn trong tÕ bµo soma lµm háng hoµn toµn chøc n¨ng b×nh th−êng cña alen kiÓu d¹i cßn l¹i (ë ®éng vËt vµ ng−êi, chóng ta nhí r»ng hÇu hÕt c¸c gen ®Òu cã hai b¶n sao trong mét tÕ bµo soma b×nh th−êng, trong T¸i tæ hîp trong nguyªn MÊt nhiÔm s¾c thÓ ®ã cã c¶ c¸c gen øc chÕ khèi u). V× vËy, sù ph©n / ®ét biÕn thø 2 do rèi lo¹n ph©n bµo ph¸t sinh khèi u ph¶i cã Ýt nhÊt hai ®ét biÕn mÊt chøc n¨ng cïng xuÊt hiÖn, mçi ®ét biÕn x¶y ra ë mét trong hai b¶n sao cña gen øc chÕ khèi u. C¶ 2 alen mÊt chøc n¨ng N¨m 1971, Knudson lµ ng−êi ®Çu tiªn ®−a ra gi¶ thiÕt nµy ®Ó gi¶i thÝch nguyªn Khèi u nh©n g©y nªn mét bÖnh ung th− m¾t hiÕm g¾p ë trÎ em lµ bÖnh u nguyªn bµo vâng H×nh 8.6. Gi¶ thiÕt hai môc tiªu cña Knudson gi¶i m¹c (retinoblasma). ë phÇn lín c¸c quÇn thÝch vÒ sù bÊt ho¹t cña c¶ 2 b¶n sao gen øc chÕ thÓ ng−êi, bÖnh nµy xuÊt hiÖn víi tÇn suÊt khèi u (tumor repressor gene) dÉn ®Õn bÖnh ung th−. lµ 5/100.000. PhÐp ph©n tÝch ph¶ hÖ cho thÊy kho¶ng 40% c¸c tr−êng hîp lµ cã xu h−íng di truyÒn; cßn 60% sè tr−êng hîp cßn l¹i kh«ng cã c¨n nguyªn di truyÒn râ rÖt, ®−îc gäi lµ nhãm bÞ bÖnh ®¬n ph¸t. Dùa trªn ph©n tÝch thèng kª, Knudson nhËn ®Þnh r»ng c¶ hai nhãm dï theo xu h−íng di truyÒn hay ®¬n ph¸t ®Òu do ®ét biÕn kÐp (®ång thêi ë 2 alen) x¶y ë mét gen øc chÕ khèi u (h×nh 8.6). Trong tr−êng hîp di truyÒn, mét trong nh÷ng ®ét biÕn nµy ®−îc truyÒn tõ bè, mÑ sang con c¸i qua sinh s¶n h÷u tÝnh. Cßn trong tr−êng hîp ®¬n ph¸t, c¶ hai ®ét biÕn ®Òu xuÊt hiÖn ngÉu nhiªn vµ ®−îc tÝch lòy ë tÕ bµo soma trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña m¾t. Nãi c¸ch kh¸c, trong c¶ hai tr−êng hîp ®Òu cÇn cã 2 ®ét biÕn x¶y ra ®ång thêi lµm bÊt ho¹t hai b¶n sao cña gen øc chÕ khèi u. 255

§inh §oµn Long NhiÒu nghiªn cøu sau nµy ®· ñng hé nhËn ®Þnh cña Knudson. §Çu tiªn, ng−êi ta thÊy mét sè tr−êng hîp m¾c bÖnh u nguyªn bµo vâng m¹c ®−îc ph¸t hiÖn cïng víi ®ét biÕn mÊt ®o¹n NST sè 13, lµm mÊt gen øc chÕ khèi u (ký hiÖu lµ RB). C¸c nghiªn cøu lËp b¶n ®å gen sau nµy cho thÊy gen RB n»m ë vÞ trÝ 13q14.2. TiÕp theo, ng−êi ta x¸c ®Þnh ®−îc tr×nh tù vµ ®Æc ®iÓm biÓu hiÖn cña gen RB, råi ph©n lËp nã tõ tÕ bµo m« m¾t bÞ ung th−. C¸c thÝ nghiÖm nu«i cÊy tÕ bµo ®· chøng minh r»ng, mét tr×nh tù cADN tõ alen kiÓu d¹i cña gen RB khi chuyÓn vµo tÕ bµo ung th− ®· chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i cña tÕ bµo tõ d¹ng ung th− (ph¸t triÓn thµnh khèi u) vÒ d¹ng b×nh th−êng. C¸c nghiªn cøu sau nµy cho thÊy s¶n phÈm protein cña gen RB (ký hiÖu lµ pRB) lµ mét protein ®−îc tæng hîp phæ biÕn vµ tham gia ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo ë nhiÒu m« kh¸c nhau th«ng qua t−¬ng t¸c víi c¸c yÕu tè phiªn m·. Gi¶ thiÕt “hai môc tiªu” cña Knudson sau nµy còng tá ra phï hîp khi ®−îc dïng ®Ó gi¶i thÝch sù xuÊt hiÖn cña nhiÒu bÖnh ung th− theo dßng hä, bao gåm mét sè d¹ng ung th− ruét kÕt vµ ung th− vó. Tuy nhiªn ë nh÷ng bÖnh ung th− nµy, c¸c gen øc chÕ khèi u th−êng cã liªn quan ®Õn c¸c bÖnh ung th− ®Æc thï (b¶ng 8.3). B¶ng 8.3. C¸c héi chøng ung th− di truyÒn vµ c¸c gen øc chÕ khèi u cã liªn quan Tªn héi chøng VÞ trÝ u nguyªn ph¸t Gen VÞ trÝ trªn NST Chøc n¨ng protein t−¬ng øng trong tÕ bµo RB 13q14.3 §iÒu hßa phiªn m· vµ ®iÒu hßa chu tr×nh U nguyªn bµo Nguyªn bµo l−íi tÕ bµo l−íi di truyÒn TP53 17p13.1 YÕu tè phiªn m· Héi chøng TÕ bµo sac«m §iÒu hßa β-catenin Li-Frameni U vó Tham gia söa ch÷a ADN theo c¬ chÕ Héi chøng u U ruét kÕt APC 5q21 MMR (xem ch−¬ng 6) tuyÕn kh«ng polyp theo §iÒu hßa qu¸ tr×nh truyÒn tÝn hiÖu qua dßng hä (FAP) protein Ras Liªn kÕt protein mµng tÕ bµo víi phÇn Ung th− ruét U ruét kÕt MSH2 2p16 khung x−¬ng tÕ bµo kÕt kh«ng polyp MLH1 3q21 Söa ch÷a ADN di truyÒn PMS1 2q32 (HNPCC) PMS2 7p22 Söa ch÷a ADN U x¬ thÇn kinh U x¬ thÇn kinh NF1 17q11.2 §iÒu hßa sù kÐo dµi phiªn m· kiÓu 1 ChÊt øc chÕ CDK U x¬ thÇn kinh U x¬ thÇn kinh thÝnh gi¸c U NF2 22q12.2 Söa ch÷a ADN kiÓu 2 mµng n·o Lµ mét enzym ADN helicase Ung th− vó di U vó BRCA1 17q21 truyÒn kiÓu 1 Ung th− vó di U vó BRCA2 13q12 truyÒn kiÓu 2 BÖnh Hippel- U tÕ bµo thËn VHL 3p25 Lindau BÖnh h¾c tè ¸c U tÕ bµo melanin p16 9p21 tÝnh di truyÒn MÊt ®iÒu hßa U tÕ bµo lymph« ATM 11q22 gi·n m¹ch Héi chøng U cøng BLM 15q26.1 Bloom 8.5.2. Vai trß cña mét sè gen øc chÕ khèi u trong tÕ bµo MÆc dï chØ chiÕm kho¶ng 1% c¸c tr−êng hîp ung th−, nh−ng hÇu hÕt c¸c bÖnh nh©n ung th− cã biÓu hiÖn di truyÒn theo dßng hä ®Òu mang ®ét biÕn ë c¸c gen øc chÕ khèi u (chø kh«ng ph¶i ë c¸c tiÒn gen g©y khèi u). C¸c protein ®−îc c¸c gen øc chÕ khèi u m· ho¸ tham gia vµo nhiÒu ho¹t ®éng kh¸c nhau cña tÕ bµo, tõ c¸c ho¹t ®éng ®iÒu khiÓn 256

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− ph©n bµo ®Õn sù biÖt hãa tÕ bµo, c¸c c¬ chÕ söa ch÷a ADN vµ sù chÕt theo ch−¬ng tr×nh cña tÕ bµo. D−íi ®©y lµ ho¹t ®éng chøc n¨ng cña mét sè protein do c¸c gen øc chÕ khèi u m· hãa. 8.5.2.1. Protein pRB C¸c nghiªn cøu gÇn ®©y cho thÊy protein øc chÕ khèi u cña gen RB (kÝ hiÖu protein lµ pRB) gi÷ vai trß quan träng trong ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo. MÆc dï lÇn ®Çu tiªn ®−îc t×m thÊy ë bÖnh ung th− m¾t ë trÎ em, nh−ng ®ét biÕn gen RB sau nµy ®−îc x¸c ®Þnh lµ nguyªn nh©n g©y −ng th− ë nhiÒu lo¹i m« vµ c¬ quan kh¸c n÷a, bao gåm ung th− phæi, ung th− thùc qu¶n, ung th− bµng quang, ung th− cæ tö cung vµ ung th− tiÒn liÖt tuyÕn. Ngoµi ra, nghiªn cøu ë chuét bÞ bÊt ho¹t gen RB cho thÊy hÇu hÕt chuét chÕt ngay ë giai ®o¹n ph«i. Râ rµng, protein pRB cã vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn c¸ thÓ. Protein pRB lµ mét protein tËp trung trong nh©n cã khèi l−îng 105 kDa. Trong hÖ gen cña ®éng vËt cã vó, ngoµi gen RB cßn cã hai gen kh¸c cã liªn quan tíi gen nµy mµ c¸c s¶n phÈm cña chóng ®−îc ký hiÖu lÇn l−ît lµ p107 vµ p130 (t−¬ng øng víi khèi l−îng ph©n tö lµ 107 vµ 130 kDa). Trong thùc nghiÖm, khi chuét bÞ bÊt ho¹t mét trong hai gen, chóng cã thÓ sèng, nh−ng nÕu bÞ bÊt ho¹t c¶ hai gen th× ®Òu bÞ chÕt sau khi sinh. §iÒu nµy cho thÊy, hai protein nµy cã lÏ còng tham gia ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo (dï vËy, ®Õn nay ë ng−êi ch−a cã b¸o c¸o nµo vÒ bÖnh nh©n ung th− g©y ra bëi ®ét biÕn ®ång thêi ë hai gen nµy). CyclinD Ph©n hñy CyclinD vµ E CyclinE Cdk2 Cdk4/6 Sau khi ®−îc P Cdk2 P ho¹t hãa, E2F Tæng hîp pRB bËt c¸c gen CyclinA P sao chÐp CyclinA Thóc ®Èy pRB ADN sao chÐp pRB E2F E2F ADN E2F Pha G1 Pha S H×nh 8.7. Vai trß cña pRB trong ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo t¹i ®iÓm kiÓm tra gi÷a pha G1 vµ pha S. Khi liªn kÕt víi c¸c yÕu tè phiªn m· E2F, pRB lµm “dõng” tÕ bµo ë cuèi pha G1. Nh−ng, khi pRB bÞ phosphoryl hãa (+) bëi phøc hÖ enzym Cyclin/CDK, nã “gi¶i phãng” c¸c yÕu tè phiªn m· nµy. ë d¹ng tù do, E2F ho¹t hãa c¸c gen ®Ých m· hãa c¸c protein thóc ®Èy tÕ bµo v−ît ®iÓm kiÓm tra G1 ®Ó vµo pha S. C¸c nghiªn cøu sinh häc ph©n tö ®· lµm râ vai trß cña pRB trong ®iÒu hßa chu tr×nh tÕ bµo (h×nh 8.7). ë tÕ bµo b×nh th−êng, vµo giai ®o¹n sím cña pha G1, pRB liªn kÕt víi c¸c yÕu tè E2F. §©y lµ mét hä c¸c yÕu tè phiªn m· ®iÒu khiÓn sù biÓu hiÖn cña c¸c gen mµ s¶n phÈm cña chóng thóc ®Èy tÕ bµo chuyÓn qua c¸c pha kh¸c nhau trong chu tr×nh tÕ bµo. Khi yÕu tè E2F liªn kÕt víi pRB, chóng kh«ng thÓ liªn kÕt ®−îc vµo tr×nh tù t¨ng c−êng vµ ho¹t hãa c¸c gen cÊu tróc. V× vËy, c¸c protein tham gia thóc ®Èy tÕ bµo v−ît qua ®iÓm kiÓm tra kh«ng ®−îc t¹o ra. Vµo cuèi pha G1, pRB bÞ phosphoryl hãa nhê ho¹t ®éng cña c¸c phøc hÖ Cyclin/CDK; lóc nµy, pRB “nh¶” c¸c yÕu tè phiªn m· E2F. ë d¹ng tù do, E2F ho¹t hãa c¸c gen m· ho¸ c¸c protein thóc ®Èy tÕ bµo chuyÓn tõ pha G1 sang pha S, råi sau ®ã chuyÓn sang pha M. Sau khi pha M (sù ph©n bµo) kÕt thóc, pRB bÞ “lo¹i” nhãm phosphate vµ tÕ bµo trë vÒ tr¹ng th¸i cña pha G1 vµ b¾t ®Çu mét chu tr×nh tÕ bµo míi. 257

§inh §oµn Long ë nhiÒu tÕ bµo ung th− (kh«ng chØ ë u nguyªn bµo vâng m¹c), c¸c ho¹t ®éng ®−îc ®iÒu khiÓn “chÆt chÏ” vµ diÔn ra ®Òu ®Æn nh− trªn bÞ ph¸ vì do chóng mang c¶ hai b¶n sao gen RB mÊt chøc n¨ng, hoÆc do mÊt ®o¹n NST, hoÆc do ®ét biÕn lµm mÊt kh¶ n¨ng liªn kÕt cña pRB vµo E2F. Khi pRB mÊt kh¶ n¨ng liªn kÕt víi E2F, yÕu tè phiªn m· E2F lu«n ë d¹ng tù do sÏ ho¹t hãa liªn tôc c¸c gen ®Ých; v× vËy, sù tæng hîp ADN vµ ph©n bµo diÔn ra liªn tôc. Trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, tÕ bµo cã c¬ chÕ tù nhiªn lµm dõng chu tr×nh tÕ bµo vµ tiÕn hµnh söa ch÷a, hoÆc ®−a tÕ bµo vµo con ®−êng “chÕt theo ch−¬ng tr×nh”. Nh−ng khi c¸c c¬ chÕ nµy còng bÞ háng, tÕ bµo sÏ ph©n chia liªn tôc vµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i ung th−. 8.5.2.2. Protein p53 Protein øc a) CÊu tróc c¸c miÒn cña protein p53 chÕ khèi u p53 cã khèi l−îng 53 C¸c ®ét biÕn lÆn C¸c ®ét biÕn tréi kDa ®−îc t×m mÊt chøc n¨ng øc chÕ ho¹t ®éng thÊy khi nghiªn cøu sù ph¸t sinh TAD DBD OD khèi u g©y nªn 1 42 290 330 360390 bëi c¸c virut cã 113 hÖ gen ADN. Protein nµy ®−îc b) C¬ chÕ ho¹t ®éng cña p53 trong ®¸p øng cña tÕ bµo víi sai háng ADN m· hãa bëi gen TP53. §ét biÕn ë Sai háng ADN lµm t¨ng sù TP53 lµ nguyªn biÓu hiÖn cña gen TP53 nh©n c¬ b¶n g©y nªn héi chøng Con ®−êng \"dõng\" p53 Con ®−êng \"tÕ bµo chÕt Li-Fraumeni. chu tr×nh tÕ bµo theo ch−¬ng tr×nh” §©y lµ héi chøng tréi hiÕm gÆp,  Víi vai trß yÕu tè phiªn m·, p21 BAX  Víi vai trß yÕu tè phiªn m·, th−êng ®i kÌm p53 lµm t¨ng sù tæng hîp p21 p53 lµm t¨ng sù tæng hîp víi kh¶ n¨ng gen m· hãa protein BAX m¾c c¸c bÖnh  p21 øc chÕ ho¹t tÝnh phosphoryl ung th− kh¸c  BAX lµ chÊt ®èi vËn cña nhau. Khi nghiªn hãa cña c¸c enzym CDK C¸c CDK BCL-2; trong khi BCL-2 lµ cøu nh÷ng ng−êi protein øc chÕ ho¹t ®éng m¾c héi chøng  Protein pRB ë tr¹ng th¸i cña con ®−êng \"TÕ bµo chÕt nµy, ng−êi ta thÊy c¸c ®ét biÕn kh«ng ®−îc phosphoryl hãa BCL-2 theo ch−¬ng tr×nh\" soma lµm bÊt ho¹t c¶ hai b¶n hoÆc chØ ®−îc phosphoryl sao cña gen TP53. Sau nµy, hãa ë møc thÊp pRB pRB-  Khi thiÕu BCL-2, con nh÷ng ®ét biÕn t−¬ng tù liªn  pRB kh«ng ®−îc phosphoryl ®−êng \"diÖt” tÕ bµo quan ®Õn p53 ®−îc t×m thÊy ë øc chÕ ho¹t ®éng cña yÕu tè E2F theo ch−¬ng tr×nh hÇu hÕt c¸c bÖnh phiªn m· E2F TÕ bµo chÕt theo ho¹t ®éng vµ tÕ bµo  ThiÕu E2F, c¸c gen ®Ých (thóc ®Èy ch−¬ng tr×nh sù diÔn tiÕn cña chu tr×nh tÕ bµo) chøa ADN sai háng kh«ng ®−îc biÓu hiÖn bÞ tiªu diÖt. C¸c gen ®Ých TÕ bµo bÞ tiªu diÖt  C¸c gen ®Ých cña E2F m· hãa kh«ng ®−îc biÓu hiÖn dÉn ®Õn sù C¸c protein thóc “dõng l¹i” cña chu tr×nh tÕ bµo. ®Èy chu tr×nh tÕ bµo Chu tr×nh tÕ bµo bÞ chÆn l¹i H×nh 8.8. CÊu tróc vµ c¬ chÕ ho¹t ®éng cña protein øc chÕ khèi u p53. Trªn s¬ ®å ë phÇn (a), TAD lµ miÒn ho¹t hãa phiªn m·, DBD lµ miÒn lâi liªn kÕt ADN vµ OD lµ miÒn ®ång hãa oligo ®Çu C. ë phÇn (b), c¸c ®−êng dÉn cã mòi tªn chØ t¸c ®éng \"kÝch thÝch\", c¸c ®−êng dÉn ®Çu tï chØ t¸c ®éng \"øc chÕ\", g¹ch chÐo gi÷a c¸c ®−êng dÉn biÓu diÔn c¸c tr−êng hîp khi c¸c t¸c ®éng (kÝch thÝch hoÆc øc chÕ) bÞ \"chÆn l¹i\". 258

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− ung th− kh¸c nhau ë ng−êi. Nh− vËy, sù mÊt chøc n¨ng cña protein p53 cã vai trß quan träng trong sù ph¸t sinh nhiÒu bÖnh ung th− kh¸c nhau. C¸c nghiªn cøu sinh häc ph©n tö cho thÊy protein p53 thùc chÊt lµ mét yÕu tè phiªn m· cã chiÒu dµi 393 axit amin víi 3 miÒn chøc n¨ng kh¸c biÖt (h×nh 8.8a), ®ã lµ: (1) miÒn ho¹t hãa phiªn m· ®Çu N (kÝ hiÖu lµ TDA), (2) MiÒn lâi liªn kÕt ADN (kÝ hiÖu lµ DBD) vµ (3) miÒn ®ång hãa oligo ®Çu C (kÝ hiÖu lµ OD). PhÇn lín c¸c ®ét biÕn lµm bÊt ho¹t p53 ë miÒn liªn kÕt ADN (miÒn DBD). Nh÷ng ®ét biÕn ë miÒn nµy lµm suy yÕu hoÆc lµm mÊt kh¶ n¨ng liªn kÕt cña p53 vµo c¸c tr×nh tù ADN ®Æc hiÖu thuéc c¸c gen ®Ých, dÉn ®Õn viÖc c¸c gen nµy kh«ng ®−îc phiªn m·. V× vËy, c¸c ®ét biÕn ë vïng DBD cã biÓu hiÖn ®Æc tr−ng nh− mét ®ét biÕn lÆn mÊt chøc n¨ng. Mét sè kiÓu ®ét biÕn kh¸c ®−îc t×m thÊy ë gen TP53 liªn quan ®Õn miÒn OD. C¸c chuçi polypeptide p53 ®ét biÕn ë miÒn OD th−êng t−¬ng t¸c víi p53 kiÓu d¹i vµ ng¨n c¶n protein nµy thùc hiÖn chøc n¨ng ho¹t hãa phiªn m· th«ng th−êng. V× vËy, c¸c alen ®ét biÕn ë miÒn OD th−êng lµ tréi so víi c¸c alen kiÓu d¹i. Trong tÕ bµo, protein p53 cßn cã vai trß quan träng trong ®iÒu khiÓn sù ®¸p øng cña tÕ bµo víi c¸c yÕu tè stress tõ m«i tr−êng. Trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, tÕ bµo chØ chøa mét l−îng nhá protein p53. Nh−ng khi ®−îc xö lý víi c¸c t¸c nh©n g©y sai háng ADN (nh− chiÕu x¹), l−îng p53 t¨ng lªn ®¸ng kÓ. §¸p øng nµy cña tÕ bµo ®èi víi sai háng ADN ®−îc ®iÒu hßa bëi mét qu¸ tr×nh truyÒn tÝn hiÖu (ch−a biÕt ®Çy ®ñ) lµm t¨ng sù biÓu hiÖn cña gen TP53. Con ®−êng truyÒn tÝn hiÖu nµy ®ång thêi chuyÓn protein p53 vÒ d¹ng ho¹t ®éng m¹nh (nhê sù phosphoryl hãa). Sau khi ®−îc ho¹t hãa, p53 cã thÓ ®ång thêi tham gia vµo ba qu¸ tr×nh (h×nh 8.8b): (1) thóc ®Èy sù phiªn m· cña c¸c gen ®Ých lµm dõng chu tr×nh tÕ bµo, (2) kÝch ho¹t hÖ thèng söa ch÷a ADN (kh«ng minh häa trªn h×nh), (3) ho¹t hãa mét sè gen ®Ých mµ s¶n phÈm cña chóng cã thÓ tiªu diÖt tÕ bµo qua c¬ chÕ gäi lµ con ®−êng “chÕt theo ch−¬ng tr×nh cña tÕ bµo”. Mét protein ®iÓn h×nh lµm dõng chu tr×nh tÕ bµo lµ p21. Gen m· hãa protein nµy ®−îc ho¹t hãa bëi p53. Protein p21 lµ chÊt øc chÕ h×nh thµnh c¸c phøc hÖ cyclin/CDK. Nã ®−îc tæng hîp m¹nh khi tÕ bµo ph¶i ®¸p øng l¹i c¸c sai háng ADN. Lóc nµy, sù h×nh thµnh phøc hÖ cyclin/CDK bÞ øc chÕ vµ chu tr×nh tÕ bµo bÞ chÆn l¹i ®Ó tiÕn hµnh söa ch÷a c¸c phÇn ADN bÞ sai háng. Nh− vËy, cã thÓ vÝ p53 cã vai trß nh− yÕu tè kÝch ho¹t “hÖ thèng phanh” cña chu tr×nh tÕ bµo. “HÖ thèng phanh” nµy gióp tÕ bµo duy tr× tÝnh æn ®Þnh cña vËt chÊt di truyÒn. NÕu thiÕu p53, tÕ bµo sÏ kh«ng khëi ®éng ®−îc “hÖ thèng phanh” vµ tiÕp tôc ®i vµo qu¸ tr×nh sao chÐp ADN vµ ph©n bµo bÊt kÓ mang theo c¸c ®ét biÕn vµ sai háng ADN. C¸c ®ét biÕn vµ sai háng ADN sÏ tiÕp tôc ®−îc tÝch lòy qua mçi chu tr×nh tÕ bµo vµ ®Õn mét lóc nµo ®ã tÕ bµo kh«ng cßn kiÓm so¸t ®−îc ho¹t ®éng ph©n bµo n÷a vµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i ung th−. Víi vai trß vµ c¬ chÕ ho¹t ®éng nh− vËy, cã thÓ gi¶i thÝch ®−îc t¹i sao c¸c ®ét biÕn lµm bÊt ho¹t protein p53 cã thÓ g©y nªn nhiÒu bÖnh ung th− kh¸c nhau. Protein p53, ngoµi viÖc ®iÒu khiÓn nh÷ng ho¹t ®éng ®ång bé cña tÕ bµo nh»m söa ch÷a ADN cßn khëi ®éng mét lo¹t c¸c ph¶n øng ®−îc “lËp tr×nh” s½n ®Ó “tiªu diÖt” c¸c tÕ bµo mang c¸c sai háng ADN kh«ng söa ch÷a ®−îc, gäi lµ c¬ chÕ “chÕt theo ch−¬ng tr×nh cña tÕ bµo”. Chi tiÕt cña c¸c con ®−êng tÕ bµo chÕt theo ch−¬ng tr×nh ®Õn nay ch−a biÕt ®Çy ®ñ. Nh−ng, mét trong nh÷ng con ®−êng nh− vËy liªn quan ®Õn protein do gen BAX m· hãa. Protein BAX lµ chÊt ®èi vËn cña protein BCL-2 vèn cã vai trß øc chÕ sù “chÕt theo ch−¬ng tr×nh cña tÕ bµo”. Khi gen BAX ®−îc p53 ho¹t hãa, s¶n phÈm protein cña nã sÏ gi¶i phãng BCL-2 khái phøc hÖ øc chÕ. Nhê vËy, lóc nµy con ®−êng “chÕt theo ch−¬ng tr×nh” ho¹t ®éng vµ tÕ bµo ®i vµo con ®−êng tù hñy diÖt. 259

§inh §oµn Long “ChÕt theo ch−¬ng tr×nh” lµ mét kiÓu ®¸p øng cña c¬ thÓ ®èi víi c¸c yÕu tè stress tõ m«i tr−êng. §¸p øng nµy rÊt cã ý nghÜa nhê kh¶ n¨ng tù lo¹i bá c¸c tÕ bµo bÞ háng nghiªm träng mµ sù tån t¹i cña chóng cã thÓ g©y h¹i cho c¬ thÓ. Tuy vËy, chÕt theo ch−¬ng tr×nh cßn x¶y ra ngay c¶ khi kh«ng cã c¸c yÕu tè stress trong m«i tr−êng. Cô thÓ, trong giai ®o¹n ph¸t triÓn ph«i-thai, nhiÒu tÕ bµo tù ®éng chÕt sau khi chóng ®· hoµn thµnh c¸c \"nhiÖm vô\" sinh häc cña m×nh. §iÒu nµy còng cÇn thiÕt cho mét qu¸ tr×nh ph¸t triÓn ph«i - thai b×nh th−êng. Ch¼ng h¹n, trong giai ®o¹n h×nh thµnh c¸c chi ë bµo thai ®éng vËt cã vó, c¸c tÕ bµo n»m gi÷a c¸c ngãn tay vµ ngãn ch©n ph¶i tù chÕt ®i; nÕu kh«ng, sÏ cã hiÖn t−îng \"dÝnh\" c¸c ngãn tay hoÆc c¸c ngãn ch©n víi nhau. Cã mét ®iÓm ®¸ng chó ý lµ protein p53 kh«ng tham gia vµo qu¸ tr×nh chÕt theo ch−¬ng tr×nh tù nhiªn cña c¸c tÕ bµo trong giai ®o¹n ph«i. ThÝ nghiÖm g©y ®ét biÕn bÊt ho¹t gen p53 ®ång hîp tö ë chuét cho thÊy ph«i ph¸t triÓn b×nh th−êng (chuét chØ bÞ ung th− khi tr−ëng thµnh). §iÒu nµy cho thÊy d−êng nh− p53 kh«ng liªn quan ®Õn sù \"chÕt theo ch−¬ng tr×nh\" cña c¸c tÕ bµo trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn ph«i tù nhiªn ë ®éng vËt cã vó. 8.5.2.3. Protein pAPC Protein pAPC lµ mét protein cã kÝch th−íc lín, khèi l−îng 310 kDa, gåm 2843 axit amin. Protein nµy gi÷ vai trß quan träng trong ®iÒu hoµ sù thay thÕ c¸c tÕ bµo biÓu m« vµ tÕ bµo lãt ë ruét giµ. MÆc dï c¬ chÕ ®iÒu hoµ qu¸ tr×nh nãi trªn ch−a biÕt ®Çy ®ñ nh−ng cã c¸c b»ng chøng cho thÊy pAPC tham gia ®iÒu khiÓn sù nh©n lªn vµ biÖt hãa cña c¸c tÕ bµo biÓu m« ruét. Khi pAPC mÊt chøc n¨ng, c¸c tÕ bµo biÓu m« ruét sÏ ph¸t triÓn thµnh khèi tÕ bµo låi (tr«ng gièng nh− ®Çu ngãn tay) trªn bÒ mÆt biÓu m« ruét vµ ë tr¹ng th¸i kh«ng biÖt hãa. Khi c¸c tÕ bµo nµy tiÕp tôc ph©n chia, chóng h×nh thµnh nªn nhiÒu khèi u lµnh tÝnh cã kÝch th−íc nhá trªn bÒ mÆt biÓu m« ruét. C¸c khèi u nµy ®−îc gäi lµ c¸c u b−íu (polyp) hay u tuyÕn (adenoma). Héi chøng nµy gäi lµ héi chøng u tuyÕn kh«ng polyp theo dßng hä - FAP (familial adenomatous polyposis). Xu h−íng bÞ m¾c héi chøng FAP biÓu hiÖn nh− mét tÝnh tr¹ng di truyÒn tréi n»m trªn NST th−êng víi tÇn sè m¾c bÖnh kho¶ng 1/7.000. C¸c bÖnh nh©n bÞ m¾c héi chøng FAP th−êng cã biÓu hiÖn ph¸t triÓn c¸c u tuyÕn lóc b−íc vµo tuæi vÞ thµnh niªn. MÆc dï c¸c u tuyÕn lóc ®Çu lµ c¸c khèi u lµnh nh−ng mét tû lÖ nµo ®ã nh÷ng khèi u nµy cã thÓ chuyÓn sang tr¹ng th¸i ¸c tÝnh. V× vËy, khi ë ®é tuæi cao h¬n (trung b×nh lµ 42 tuæi), ng−êi m¾c héi chøng FAP cã thÓ bÞ m¾c chøng ung th− ¸c tÝnh. NhiÒu u tuyÕn ph¸t triÓn trong ruét cña nh÷ng ng−êi mang locut gen APC dÞ hîp tö (l−u ý: c¸c alen kiÓu d¹i cã thÓ ®ét biÕn nhiÒu lÇn trong qu¸ tr×nh t¸i sinh tù nhiªn ë c¸c tÕ bµo biÓu m« ruét). Khi ®ét biÕn xuÊt hiÖn, c¸c tÕ bµo mÊt kh¶ n¨ng tæng hîp protein pAPC kiÓu d¹i. Sù v¾ng mÆt cña protein nµy lµm “hÖ thèng phanh” chu tr×nh tÕ bµo chuyÓn vÒ t×nh tr¹ng kh«ng ®iÒu khiÓn ®−îc. Nh− vËy, sù h×nh thµnh cña c¸c khèi u lµnh trong ruét cña c¸c c¸ thÓ dÞ hîp tö vÒ locut APC lµ do sù xuÊt hiÖn ®éc lËp cña mét ®ét biÕn thø hai liªn quan ®Õn alen kiÓu d¹i cßn l¹i trong tÕ bµo. C¸c c¸ thÓ khi sinh ra kh«ng mang bÊt cø mét alen ®ét biÕn nµo t¹i locut APC rÊt hiÕm khi h×nh thµnh cña c¸c u tuyÕn. Tuy nhiªn, ®«i khi còng cã thÓ cã mét hoÆc mét vµi u tuyÕn h×nh thµnh do c¶ hai alen kiÓu d¹i t¹i locut APC ®Òu bÞ “bÊt ho¹t” bëi c¸c ®ét biÕn ngÉu nhiªn x¶y ra kÕ tiÕp nhau trong tÕ bµo soma. Protein pAPC d−êng nh− ®iÒu khiÓn sù ph©n bµo qua t−¬ng t¸c víi β-catenin lµ mét protein cã mÆt trong tÕ bµo chÊt. β-catenin b×nh th−êng cã kh¶ n¨ng liªn kÕt víi nhiÒu lo¹i protein kh¸c, bao gåm mét sè yÕu tè phiªn m· cã vai trß t¨ng c−êng sù biÓu hiÖn cña c¸c gen thóc ®Èy ph©n bµo. Sù t−¬ng t¸c víi c¸c yÕu tè phiªn m· nµy ®−îc t¨ng c−êng khi c¸c ph©n tö tÝn hiÖu trªn bÒ mÆt tÕ bµo ra tÝn hiÖu cho tÕ bµo ph©n chia. Sù ph©n bµo ®−îc kÝch ho¹t bëi ph©n tö tÝn hiÖu lµ mét c¬ chÕ cÇn thiÕt trong biÓu m« ruét, 260

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− v× m« nµy hµng ngµy mÊt ®i mét l−îng tÕ bµo rÊt lín (ë ng−êi kho¶ng 1011 tÕ bµo) vµ c¸c tÕ bµo mÊt ®i cÇn ®−îc thay thÕ b»ng c¸c tÕ bµo míi. Th«ng th−êng, c¸c tÕ bµo míi ®−îc h×nh thµnh sÏ mÊt kh¶ n¨ng ph©n chia khi nã rêi khái m« ph©n sinh cña biÓu m« ruét vµ chuyÓn vÒ tr¹ng th¸i tÕ bµo tr−ëng thµnh. Lóc nµy, mét sù chuyÓn ®æi tõ tÕ bµo cã kh¶ n¨ng ph©n chia thµnh tÕ bµo kh«ng cã kh¶ n¨ng ph©n chia biÓu hiÖn qua viÖc tÕ bµo tr−ëng thµnh kh«ng tiÕp nhËn tÝn hiÖu kÝch thÝch ph©n bµo n÷a. Khi v¾ng mÆt c¸c ph©n tö tÝn hiÖu, pAPC t¹o phøc víi β-catenin trong tÕ bµo chÊt vµ øc chÕ sù h×nh thµnh c¸c phøc gi÷a β-catenin víi c¸c protein kh¸c dÉn ®Õn h¹n chÕ sù ph©n bµo. Nh−ng, nÕu tÕ bµo mang c¸c alen pAPC ®ét biÕn th× chóng bÞ mÊt kh¶ n¨ng ®iÒu hßa β-catenin; dÉn ®Õn viÖc tÕ bµo sÏ ph©n chia kh«ng giíi h¹n, ®ång thêi tÕ bµo míi kh«ng ®−îc biÖt hãa thµnh tÕ bµo tr−ëng thµnh. HËu qu¶ lµ c¸c khèi u h×nh thµnh trong líp biÓu m« ruét vµ cã thÓ tiÕn triÓn thµnh ung th−. Nh− vËy, pAPC (kiÓu d¹i) cã vai trß trong viÖc øc chÕ sù ph¸t sinh c¸c khèi u ë ruét. 8.5.2.4. C¸c protein pBRCA1 vµ pBRCA2 C¸c d¹ng ®ét biÕn vÒ gen øc chÕ khèi u BRCA1 vµ BRCA2 ®−îc ph¸t hiÖn lÇn ®Çu tiªn khi nghiªn cøu vÒ c¸c tr−êng hîp ung th− vó vµ ung th− buång trøng cã biÓu hiÖn di truyÒn theo dßng hä. Gen BRCA1 ®−îc lËp b¶n ®å trªn NST 17 n¨m 1990 vµ t¸ch dßng lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1994, cßn gen BRCA2 ®−îc lËp b¶n ®å trªn NST 13 n¨m 1994 vµ t¸ch dßng vµo n¨m 1995. C¶ hai gen nµy ®Òu m· hãa cho c¸c protein cã kÝch th−íc lín: pBRCA1 lµ protein cã khèi l−îng 220 kDa, cßn pBRCA2 cã khèi l−îng 384 kDa. C¸c nghiªn cøu sinh häc ph©n tö cho thÊy ë d¹ng b×nh th−êng, c¸c protein nµy tËp trung trong nh©n tÕ bµo vµ cã mét miÒn ho¹t hãa phiªn m·. Tuy vËy, ®Õn nay c¸c b»ng chøng vÉn ch−a ®ñ kh¼ng ®Þnh c¸c protein nµy cã ph¶i lµ c¸c yÕu tè phiªn m· thùc sù hay kh«ng. Ngoµi ra, c¸c protein pBRCA1 vµ pBRCA2 cßn cã mét miÒn t−¬ng t¸c víi c¸c protein kh¸c, ®Æc biÖt lµ víi pRAD51. pRAD51 lµ mét protein ë eukaryote gièng víi protein söa ch÷a ADN cã tªn lµ RecA ë vi khuÈn (xem ch−¬ng 6). V× vËy, ng−êi ta cho r»ng pBRCA1 vµ pBRCA2 cã liªn quan ®Õn c¸c c¬ chÕ söa ch÷a ADN sai háng ë ng−êi. C¶ hai protein pBRCA1 vµ pBRCA2 ®Òu cã chøc n¨ng quan träng trong tÕ bµo. Chuét thÝ nghiÖm bÞ g©y ®ét biÕn ®ång hîp tö lµm bÊt ho¹t mét trong hai gen ®Òu chÕt ngay ë giai ®o¹n ph«i. Tuy nhiªn, chi tiÕt t¸c ®éng cña c¸c d¹ng ®ét biÕn ë c¸c gen BRCA1 vµ BRCA2 ®Õn sù ph¸t sinh ung th− cho ®Õn nay vÉn ch−a râ. Mét gi¶ thiÕt cho r»ng c¸c ®ét biÕn ë nh÷ng gen nµy lµm thay ®æi kh¶ n¨ng nhËn biÕt vµ söa ch÷a ADN sai háng trong tÕ bµo. C¸c ®ét biÕn ë c¸c gen BRCA1 vµ BRCA2 ®−îc t×m thÊy ë kho¶ng 7% bÖnh nh©n ung th− vó vµ 10% sè bÖnh nh©n ung th− buång trøng. §ét biÕn c¸c gen BRCA1 vµ BRCA2 cã biÓu hiÖn di truyÒn nh− c¸c alen tréi. §èi víi nh÷ng ng−êi mang c¸c ®ét biÕn ë nh÷ng gen nµy, nguy c¬ m¾c c¸c bÖnh ung th− buång trøng hoÆc ung th− vó t¨ng lªn 10 ®Õn 25 lÇn. Ngoµi ra, ë mét sè dßng hä cã c¸c alen ®ét biÕn, nguy c¬ bÞ ung th− ruét kÕt vµ ung th− tiÒn liÖt tuyÕn còng t¨ng lªn. Nh−ng do cho ®Õn nay ®· t×m thÊy rÊt nhiÒu d¹ng ®ét biÕn kh¸c nhau ë c¸c locut gen BRCA1 vµ BRCA2, nªn viÖc ph©n tÝch di truyÒn d¹ng ®ét biÕn ë c¸c gen nµy theo nguyªn t¾c ph¶ hÖ lµ t−¬ng ®èi phøc t¹p. 8.5.3. C¸c gen g©y ®ét biÕn Gen g©y ®ét biÕn (mutator gene) lµ gen mµ thÓ ®ét biÕn cña nã th−êng lµm t¨ng tÇn sè ®ét biÕn tù ph¸t ë nh÷ng gen kh¸c. Trong tÕ bµo, c¸c alen kiÓu d¹i cña c¸c gen g©y ®ét biÕn th−êng cã vai trß quan träng trong ®iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh sao chÐp vµ söa ch÷a ADN. V× vËy, nh÷ng ®ét biÕn liªn quan ®Õn chóng th−êng dÉn ®Õn hiÖn t−îng tÕ bµo cã xu h−íng tÝch lòy nhanh c¸c ®ét biÕn ë nh÷ng gen kh¸c. Mét vÝ dô ®iÓn h×nh vÒ 261

§inh §oµn Long gen g©y ®ét biÕn lµ c¸c gen g©y ra c¸c d¹ng kh¸c nhau cña héi chøng ung th− ruét kÕt kh«ng polyp di truyÒn - HNPCC (hereditary nonpolyposis colorectal cancer). Héi chøng HNPCC lµ mét bÖnh di truyÒn tréi liªn kÕt NST th−êng, víi biÓu hiÖn ë ng−êi bÖnh lµ sím m¾c chøng ung th− ruét kÕt. Nh−ng kh«ng gièng víi bÖnh FAP, HNPCC cã ®iÓm ®Æc tr−ng lµ kh«ng cã sù xuÊt hiÖn cña c¸c tÕ bµo u tuyÕn hay u b−íu (v× vËy, ®−îc gäi lµ ung th− ruét kÕt kh«ng polyp). Cã bèn gen ë ng−êi, bao gåm hMSH2, hMLH1, hPMS1 vµ hPMS2, ®−îc x¸c ®Þnh lµ nguyªn nh©n g©y nªn bèn d¹ng bÖnh HNPCC kh¸c nhau. Trong ®ã, trªn 90% bÖnh nh©n m¾c bÖnh lµ do c¸c ®ét biÕn liªn quan ®Õn hai locut gen ®Çu tiªn. C¸c ®ét biÕn liªn quan ®Õn hai gen cßn l¹i lµ nguyªn nh©n g©y bÖnh ë kho¶ng 5% bÖnh nh©n. Riªng ®ét biÕn gen hMSH2 cã tÇn sè ®¹t ®Õn 1/500 ë nhiÒu quÇn thÓ. Do chØ cÇn mét ®ét biÕn duy nhÊt ë alen kiÓu d¹i cßn l¹i lµ ®ñ ®Ó dÉn ®Õn sù h×nh thµnh khèi u, nªn trong c¸c ph¶ hÖ, biÓu hiÖn cña bÖnh HNPCC th−êng theo kiÓu di truyÒn tréi. C¶ bèn gen ë ng−êi ®Òu cã c¸c gen t−¬ng ®ång nh− ë vi khuÈn E. coli vµ nÊm men vèn ®−îc biÕt cã vai trß trong c¸c ho¹t ®éng söa ch÷a ADN. VÝ dô nh− gen hMSH2 t−¬ng øng víi gen mutS ë E. coli, trong khi ba gen cßn l¹i t−¬ng øng víi gen mutL còng ë vi khuÈn nµy. Vai trß cña c¸c gen ë E. coli ®· ®−îc biÕt râ trong qu¸ tr×nh söa ch÷a ADN sau sao chÐp theo c¬ chÕ MMR (xem ch−¬ng 6). C¸c gen ë nÊm men còng cã chøc n¨ng t−¬ng tù. Nãi c¸ch kh¸c, tÊt c¶ c¸c gen cña ng−êi, nÊm men vµ E. coli trong vÝ dô ë ®©y ®Òu ®−îc xÕp vµo nhãm c¸c gen g©y ®ét biÕn. §ét biÕn ë nh÷ng gen nµy ®Òu cã xu h−íng dÉn ®Õn sù tÝch lòy c¸c sai sãt trong sao chÐp ADN vµ tÇn sè ®ét biÕn trong c¸c tÕ bµo (®Æc biÖt lµ tÕ bµo soma) t¨ng lªn nhanh chãng. C¸c thÝ nghiÖm \"cµi\" cADN cña gen hMSH2 cña ng−êi vµo E. coli còng ®· x¸c nhËn vai trß cña gen nµy trong söa ch÷a ADN. C¸c d¹ng ®ét biÕn cña gen hMSH2 lµm t¨ng tÇn sè sai sãt trong sao chÐp ADN lªn kho¶ng 10 lÇn. HiÖn nay, ë nhiÒu n−íc ph¸t triÓn c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ADN nh»m x¸c ®Þnh ®ét biÕn cña bèn gen trªn còng nh− cña nhiÒu gen øc chÕ khèi u kh¸c ë ng−êi ®· ®−îc thiÕt lËp vµ ®−îc sö dông trong chÈn ®o¸n sím nguy c¬ m¾c c¸c bÖnh ung th−. 8.6. C¸c c¬ chÕ di truyÒn liªn quan ®Õn sù ph¸t sinh ung th− Trong phÇn lín tr−êng hîp, sù h×nh thµnh c¸c khèi u ¸c tÝnh vµ hiÖn t−îng di c¨n th−êng phô thuéc vµo sù tÝch lòy ®ång thêi cña nhiÒu ®ét biÕn liªn quan ®Õn c¸c tiÒn gen g©y khèi u vµ c¸c gen øc chÕ khèi u. D−êng nh− ®Ó mét tÕ bµo chuyÓn sang tr¹ng th¸i ung th−, cÇn ph¶i cã Ýt nhÊt 6 hoÆc 7 ®ét biÕn x¶y ra vµ ®−îc tÝch lòy ®éc lËp qua vµi chôc n¨m. C¸c ®ét biÕn nµy hoÆc liªn quan ®Õn sù thay ®æi ë c¸c gen g©y khèi u, c¸c tiÒn gen g©y khèi u hoÆc liªn quan ®Õn sù bÊt ho¹t cña c¸c gen øc chÕ khèi u, dÉn ®Õn hµng lo¹t c¸c sai háng trong sù ®iÒu hßa sinh tr−ëng, ph¸t triÓn vµ söa ch÷a ADN trong tÕ bµo. VÒ nguån gèc, nh÷ng ®ét biÕn nµy cã thÓ xuÊt hiÖn do c¸c ®ét biÕn tù ph¸t, hoÆc do c¸c ®ét biÕn g©y t¹o bëi c¸c t¸c nh©n tõ m«i tr−êng sèng, hoÆc ®−îc di truyÒn tõ c¸c thÕ hÖ tr−íc. Nh− vËy, cã thÓ thÊy c¸c c¬ chÕ di truyÒn dÉn ®Õn ung th− lµ ®a d¹ng vµ phøc t¹p. Chóng ta cã thÓ thÊy møc ®é ®a d¹ng vµ phøc t¹p biÓu hiÖn qua sù h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn cña nhiÒu lo¹i ung th− kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n, c¸c khèi u lµnh ë ruét giµ cã thÓ xuÊt hiÖn ®¬n thuÇn do ®ét biÕn bÊt ho¹t APC; nh−ng sù ph¸t triÓn cña khèi u lµnh thµnh u ¸c tÝnh cÇn c¸c ®ét biÕn ë c¸c gen kh¸c n÷a. C¬ chÕ ®ét biÕn g©y ung th− trong tr−êng hîp nµy ®−îc minh häa trªn h×nh 8.9a. C¸c ®ét biÕn bÊt ho¹t gen APC khëi ®Çu cho qu¸ tr×nh h×nh thµnh c¸c tÕ bµo khèi u do sù ph¸t triÓn bÊt b×nh th−êng cña c¸c tÕ bµo thuéc phÇn biÓu m« ruét. C¸c m« bÊt th−êng nµy mang c¸c tÕ bµo sinh s¶n hçn lo¹n (cã kÝch th−íc tÕ bµo bÊt th−êng vµ kÝch th−íc nh©n lín) sau ®ã cã thÓ ph¸t triÓn thµnh c¸c u tuyÕn s¬ khai. NÕu nh−, tiÒn gen g©y khèi u K-ras ®−îc ho¹t hãa ë mét trong sè c¸c tÕ bµo u tuyÕn s¬ khai nµy, th× tÕ bµo u tuyÕn ®ã sÏ cã thÓ trë thµnh tÕ bµo khèi u thùc 262

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− a) Con ®−êng h×nh thµnh ung th− ruét kÕt di c¨n Gen øc chÕ Sù ho¹t hãa BÊt ho¹t gen BÊt ho¹t gen BÊt ho¹t c¸c øc chÕ khèi u khèi u pAPC cña gen g©y øc chÕ khèi u gen øc chÕ bÞ bÊt ho¹t khèi u K-ras trªn NST 18q TP53 khèi u kh¸c TÕ bµo biÓu TÕ bµo biÓu TÕ bµo TÕ bµo TÕ bµo TÕ bµo TÕ bµo m« ruét m« rèi lo¹n u tuyÕn u tuyÕn u tuyÕn khèi u ung th− ph©n bµo nguyªn ph¸t trung gian thø ph¸t ¸c tÝnh di c¨n b×nh th−êng b) Con ®−êng h×nh thµnh ung th− tuyÕn tiÒn liÖt “v« c¶m” víi androgen • BÊt ho¹t gen øc • BÊt ho¹t mét sè • BÊt ho¹t gen øc • BiÓu hiÖn m¹nh chÕ khèi u HPC1 gen øc chÕ khèi chÕ khèi u CDH1 cña gen g©y khèi u BCL-2 • Gen øc chÕ khèi u kh¸c (vÝ dô RB) • BÊt ho¹t gen øc u TP53 bÞ bÊt chÕ khèi u TP53 • BiÕn ®æi thô thÓ ho¹t bëi ho¹t adrogen ®éng methyl hãa • BÊt ho¹t gen øc chÕ di c¨n KAI1 TÕ bµo biÓu m« TÕ bµo ung th− TÕ bµo ung th− TÕ bµo ung th− TÕ bµo ung th− tuyÕn tiÒn liÖt quan s¸t ®−îc tuyÕn tiÒn liÖt tuyÕn tiÒn liÖt “v« c¶m” víi b×nh th−êng d−íi kÝnh hiÓn vi ®Þnh vÞ di c¨n androgen c) C¸c con ®−êng h×nh thµnh c¸c bÖnh ung th− tÕ bµo xèp thÇn kinh s¬ cÊp vµ thø cÊp • Sù t¨ng b¶n sao • BÊt ho¹t c¸c gen øc • Sù t¨ng b¶n sao cña gen g©y khèi cña gen g©y khèi chÕ khèi u trªn c¸c u MDM2 NST 10 p vµ 10q u EGFR Ung th− tÕ bµo xèp thÇn kinh s¬ cÊp TÕ bµo thÇn kinh ®Öm b×nh th−êng TÕ bµo u TÕ bµo u Ung th− tÕ bµo thÇn kinh ¸c tÝnh thÇn kinh ¸c tÝnh xèp thÇn kinh cÊp II cÊp III thø cÊp • BiÓu hiÖn cao bÊt • Sù t¨ng b¶n sao • BÊt ho¹t c¸c gen øc th−êng cña gen cña gen g©y khèi u g©y khèi u PDGF CDK4 chÕ khèi u trªn c¸c NST 10 p vµ 10q • BÊt ho¹t gen øc • BÊt ho¹t c¸c gen øc chÕ khèi u TP53 chÕ khèi u trªn c¸c NST 13q (RB?), 9p • BÊt ho¹t gen øc (p15/p16?) vµ 19q chÕ khèi u trªn NST 22q (NF2?) H×nh 8.9. Mét sè vÝ dô minh häa vÒ c¸c c¬ chÕ di truyÒn ph¸t sinh ung th−. sù. C¸c ®ét biÕn bÊt ho¹t mét trong c¸c gen øc chÕ khèi u, ch¼ng h¹n ë gen trªn vai dµi cña NST 18, lµm cho c¸c tÕ bµo u tuyÕn nµy tiÕp tôc ph¸t triÓn thªm n÷a vµ mét ®ét biÕn bÊt ho¹t tiÕp theo ë gen øc chÕ khèi u TP53 trªn NST 17 sÏ chuyÓn tÕ bµo u tuyÕn sang d¹ng tÕ bµo khèi u ph¸t triÓn m¹nh. C¸c ®ét biÕn kh¸c liªn quan ®Õn c¸c gen øc chÕ khèi u sÏ t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c tÕ bµo u tuyÕn tho¸t khái sù kiÓm so¸t vµ di c¨n. Nh− vËy, trong m« h×nh ph¸t sinh ung th− nªu trªn, cã Ýt nhÊt 7 ®ét biÕn ®−îc tÝch lòy (2 ®ét biÕn bÊt ho¹t APC, 1 ®ét biÕn ho¹t hãa gen K-ras, 2 ®ét biÕn bÊt ho¹t gen øc chÕ khèi u trªn 263

§inh §oµn Long NST 18 vµ 2 ®ét biÕn bÊt ho¹t gen øc chÕ khèi u TP53). Ngoµi ra, qu¸ tr×nh di c¨n cã thÓ cßn cÇn mét sè ®ét biÕn gen kh¸c n÷a. Mét sè c¬ chÕ di truyÒn dÉn ®Õn ung th− gÇn ®©y ®· ®−îc lµm râ (nh− vÝ dô ë c¸c h×nh 8.9b vµ 8.9c). Ch¼ng h¹n, liªn quan ®Õn ung th− tiÒn liÖt tuyÕn, mét ®ét biÕn ë gen HPC1 trªn vai dµi cña NST sè 1 ®−îc t×m thÊy lµ c¨n nguyªn g©y bÖnh. C¸c ®ét biÕn ë c¸c gen øc chÕ khèi u n»m trªn c¸c NST sè 13, 16, 17 vµ 18 cã thÓ chuyÓn c¸c d¹ng khèi u tiÒn liÖt tuyÕn nguyªn ph¸t (lµnh tÝnh) thµnh d¹ng ¸c tÝnh di c¨n; thËm chÝ sù biÓu hiÖn t¨ng c−êng cña c¸c tiÒn gen ung th−, nh− BCL-2, cã thÓ lµm cho c¸c tÕ bµo ung th− trë nªn “v« c¶m” víi c¸c liÖu ph¸p c¾t gi¶m hoocm«n androgen (mét liÖu ph¸p trong ®iÒu trÞ ung th− tiÒn liÖt tuyÕn). Hoocm«n androgen cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh sinh s¶n cña c¸c tÕ bµo biÓu m« tiÒn luyÖt tuyÕn. Th−êng th×, khi thiÕu hoocm«n nµy, c¸c tÕ bµo sÏ chÕt theo ch−¬ng tr×nh. Tuy nhiªn, ë bÖnh nh©n ung th−, c¸c tÕ bµo ung th− l¹i cã thÓ sèng ngay c¶ khi thiÕu androgen; cã thÓ do sù biÓu hiÖn t¨ng c−êng cña gen BCL-2 ®· lµm øc chÕ qu¸ tr×nh tù chÕt theo ch−¬ng tr×nh cña tÕ bµo. C¸c d¹ng ung th− tiÒn liÖt tuyÕn ®· chuyÓn sang giai ®o¹n kh«ng cßn ®¸p øng víi liÖu ph¸p hoocm«n androgen phÇn lín ®Òu g©y tö vong. Douglas vµ Robert Weinberg ®Ò xuÊt s¸u giai ®o¹n trong qu¸ tr×nh ph¸t sinh ung th− ¸c tÝnh. Cã thÓ tãm t¾t nh− sau: 1. Giai ®o¹n khëi ph¸t. C¸c tÕ bµo ung th− nhËn ®−îc c¸c tÝn hiÖu thóc ®Èy sù t¨ng sinh vµ ph©n bµo. C¸c tÝn hiÖu nµy cã thÓ xuÊt hiÖn do sù thay ®æi cña c¸c yÕu tè ngo¹i bµo hoÆc do sù thay ®æi bªn trong hÖ thèng truyÒn tÝn hiÖu néi bµo dÉn ®Õn thóc ®Èy sù t¨ng sinh vµ ph©n bµo. Trong nh÷ng tr−êng hîp “cùc ®oan” nhÊt, c¸c tÝn hiÖu kÝch thÝch ph©n bµo l¹i do chÝnh c¸c tÕ bµo ung th− tù s¶n sinh ra. Lóc ®ã, tÕ bµo ®−îc kÝch thÝch ph©n chia kh«ng giíi h¹n. 2. Giai ®o¹n thóc ®Èy. C¸c tÕ bµo trë nªn v« c¶m mét c¸ch bÊt th−êng víi c¸c tÝn hiÖu øc chÕ ph©n bµo. Nh− ®· tr×nh bµy ë trªn, trong c¸c tÕ bµo b×nh th−êng, sù ph©n bµo th−êng ®−îc kÝch ho¹t bëi c¸c tÝn hiÖu nhÊt ®Þnh; vµ tån t¹i song song víi chóng lµ c¸c tÝn hiÖu øc chÕ ph©n bµo. B×nh th−êng, hai c¬ chÕ nµy phèi hîp víi nhau ë møc c©n b»ng, nhê vËy sù ph©n bµo diÔn ra æn ®Þnh, cã tæ chøc. Trong khi ®ã, ë c¸c tÕ bµo ung th−, sù t¨ng sinh vµ ph©n bµo kh«ng kiÓm so¸t ®−îc do c¸c tÝn hiÖu kÝch thÝch trë nªn cã −u thÕ v−ît tréi. Trong qu¸ tr×nh di c¨n, hÇu hÕt c¸c tÕ bµo ung th− mÊt hoµn toµn kh¶ n¨ng ®¸p øng c¸c tÝn hiÖu øc chÕ ph©n bµo. Ch¼ng h¹n, c¸c tÕ bµo ung th− ruét th−êng kh«ng ®¸p øng víi yÕu tè TGFβ lµ yÕu tè “dÉn ®−êng” ®Ó pRB lµm ngõng qu¸ tr×nh ph©n bµo. Khi sù ng¨n c¶n ph©n bµo bÞ tª liÖt, tÕ bµo sÏ lu«n ®−îc chuyÓn tõ pha G1 sang pha S ®Ó tiÕn hµnh sao chÐp ADN vµ b−íc vµo mét chu tr×nh tÕ bµo míi bÊt kÓ c¸c sai háng ADN cã ®−îc kh¾c phôc hay kh«ng. C¸c tÕ bµo sau giai ®o¹n t¨ng tr−ëng nµy sÏ tiÕp tôc ph¸t triÓn thµnh c¸c khèi u ¸c tÝnh. 3. Giai ®o¹n chuyÓn biÕn. C¸c tÕ bµo ung th− tho¸t khái c¬ chÕ “chÕt theo ch−¬ng tr×nh”. Nh− chóng ta ®· biÕt, protein p53 gi÷ vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh b¶o vÖ c¬ thÓ chèng l¹i sù tÝch lòy c¸c sai háng ADN cã thÓ g©y nguy hiÓm cho c¬ thÓ. Tuy ch−a biÕt ®Çy ®ñ vÒ c¬ chÕ ph©n tö, nh−ng mét chøc n¨ng cña p53 ®· biÕt lµ chuyÓn c¸c tÕ bµo bÞ sai háng vµo mét qu¸ tr×nh tù ph¸ hñy vµ nhê vËy lo¹i bá chóng ra khái c¬ thÓ. Khi protein p53 mÊt chøc n¨ng nµy th× con ®−êng tù ph¸ hñy cña c¸c tÕ bµo háng kh«ng ho¹t ®éng. V× vËy, tÕ bµo háng cã thÓ sèng vµ tiÕp tôc nh©n lªn nhanh chãng. Nh÷ng tÕ bµo nµy cã xu h−íng t¹o ra c¸c thÕ 264

Ch−¬ng 8. Chu tr×nh tÕ bµo vµ c¬ së di truyÒn häc ung th− hÖ tÕ bµo con cã møc ®é sai háng cßn cao h¬n chÝnh nã. HËu qu¶ lµ mçi tÕ bµo con h×nh thµnh ®Òu cã nguy c¬ chuyÓn thµnh c¸c tÕ bµo ung th−. Nh− vËy, cã thÓ nãi, kh¶ n¨ng tho¸t khái c¬ chÕ chÕt theo ch−¬ng tr×nh lµ “cét mèc” quan träng ®Ó mét tÕ bµo khèi u ph¸t triÓn thµnh ung th− ¸c tÝnh. 4. Giai ®o¹n lan trµn. C¸c tÕ bµo ung th− cã kh¶ n¨ng sao chÐp v« tËn. ë ng−êi, mçi tÕ bµo soma th−êng chØ cã kh¶ n¨ng sao chÐp kho¶ng 60 - 70 lÇn. Giíi h¹n vÒ kh¶ n¨ng sao chÐp lµ do sù mÊt dÇn ®i cña ADN ë vïng ®Çu mót NST sau mçi chu kú sao chÐp ADN (xem ch−¬ng 3). C¬ chÕ nµy dÉn ®Õn viÖc mäi tÕ bµo chØ cã mét sè lÇn ph©n bµo giíi h¹n. C¸c tÕ bµo ®· v−ît qua møc giíi h¹n vÒ sè lÇn ph©n bµo th−êng kÐm æn ®Þnh vµ chÕt. Tuy nhiªn, c¸c tÕ bµo ung th− l¹i cã thÓ v−ît qua giíi h¹n ph©n bµo nµy nhê viÖc ADN phÇn ®Çu mót NST ®−îc kÐo dµi nhê ho¹t ®éng m¹nh cña enzym ADN telomerase. Khi c¸c tÕ bµo ung th− ®¹t ®Õn giai ®o¹n nµy, chóng ®−îc gäi lµ c¸c tÕ bµo bÊt tö. 5. Giai ®o¹n cñng cè. C¸c tÕ bµo ung th− ph¸t triÓn hÖ thèng tù nu«i d−ìng. C¸c m« trong c¬ thÓ ®a bµo ®Òu cÇn mét hÖ thèng m¹ch m¸u cung cÊp chÊt dinh d−ìng. C¸c tÕ bµo khèi u tiÒn ¸c tÝnh th−êng t¨ng tr−ëng chËm do chóng ®−îc nu«i d−ìng bëi hÖ tuÇn hoµn b×nh th−êng (cã giíi h¹n ph©n bè nhÊt ®Þnh). Nh−ng, ë c¸c tÕ bµo ung th−, khi khèi u ®· ph¸t triÓn ®Õn mét møc nhÊt ®Þnh th× xuÊt hiÖn sù h×nh thµnh c¸c m¹ch m¸u míi. Lóc nµy, c¸c khèi u ®−îc nu«i d−ìng vµ ph¸t triÓn rÊt m¹nh. Nh− vËy, mét trong nh÷ng b−íc “cñng cè” c¸c tÕ bµo ung th− ¸c tÝnh lµ sù h×nh thµnh c¸c m¹ch m¸u míi nu«i d−ìng c¸c khèi u. Liªn quan ®Õn sù h×nh thµnh c¸c m¹ch m¸u cã c¸c yÕu tè t¨ng c−êng vµ c¸c yÕu tè øc chÕ sù h×nh thµnh c¸c m¹ch m¸u. ë c¸c m« b×nh th−êng, c¸c yÕu tè nµy ®−îc duy tr× ë møc c©n b»ng, nhê vËy c¸c m¹ch m¸u ®−îc h×nh thµnh phï hîp víi yªu cÇu cña c¬ thÓ. Nh−ng ë c¸c khèi u ¸c tÝnh, sù c©n b»ng nµy mÊt ®i theo chiÒu h−íng chiÕm −u thÕ cña c¸c yÕu tè kÝch thÝch h×nh thµnh m¹ch m¸u. V× vËy, sù h×nh thµnh m¹ch m¸u ë c¸c tÕ bµo ung th− diÔn ra nhanh vµ m¹nh. Khi ®· ®−îc cung cÊp ®ñ chÊt dinh d−ìng, c¸c tÕ bµo ung th− tiÕp tôc ph¸t triÓn m¹nh vµ g©y nguy hiÓm cho c¬ thÓ. 6. Giai ®o¹n x©m lÊn vµ di c¨n. ë giai ®o¹n nµy, c¸c tÕ bµo ung th− cã kh¶ n¨ng x©m lÊn vµo c¸c vïng m« kh¸c vµ h×nh thµnh æ ung th− míi. H¬n 90% sè bÖnh nh©n bÞ ung th− ®Òu chÕt vµo giai ®o¹n khi c¸c tÕ bµo ung th− ®· di c¨n tíi c¸c phÇn kh¸c nhau cña c¬ thÓ. Khi c¸c khèi u di c¨n, c¸c tÕ bµo ung th− rêi khái khèi u nguyªn ph¸t vµ di chuyÓn däc theo ®−êng m¸u (hay gÆp trong ung th− tÕ bµo liªn kÕt) hoÆc ®−êng b¹ch huyÕt (hay gÆp trong ung th− tÕ bµo biÓu m«) tíi c¸c vÞ trÝ kh¸c trong c¬ thÓ tr−íc khi chóng tró ngô ë vÞ trÝ míi vµ h×nh thµnh æ ung th− míi. Nh− vËy, kÕt qu¶ cña sù di c¨n lµ sù h×nh thµnh c¸c khèi u thø cÊp ë vÞ trÝ cã thÓ c¸ch rÊt xa vÞ trÝ khèi u nguyªn ph¸t ban ®Çu. Khi ung th− ®· tiÕn triÓn ®Õn giai ®o¹n nµy, sù kiÓm so¸t vµ ®iÒu trÞ sÏ cùc kú khã kh¨n. V× vËy, cã thÓ nãi di c¨n lµ giai ®o¹n cuèi cïng vµ nguy hiÓm nhÊt trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña ung th−. Víi nh÷ng hiÓu biÕt c¬ b¶n vÒ qu¸ tr×nh ph¸t sinh ung th− nªu trªn, hiÖn nay ë mét sè n−íc ph¸t triÓn, ng−êi ta ®· triÓn khai th−êng xuyªn c¸c ch−¬ng tr×nh chÈn ®o¸n sím c¸c t¸c nh©n g©y ®ét biÕn vµ ung th− (vÝ dô phÐp thö Ames ®Ó x¸c ®Þnh c¸c t¸c nh©n g©y ®ét biÕn hãa häc) trong m«i tr−êng sèng vµ lµm viÖc. Khi ph¸t hiÖn thÊy c¸c t¸c nh©n nµy, ng−êi ta sÏ ®Ò ra c¸c biÖn ph¸p phßng trõ nh»m ng¨n ngõa kh¶ n¨ng tiÕp xóc cña 265

§inh §oµn Long con ng−êi víi c¸c t¸c nh©n ®ã. Tuy vËy, còng ph¶i nãi r»ng hÇu nh− kh«ng cã m«i tr−êng sèng nµo trong x· héi hiÖn ®¹i ngµy nay l¹i tr¸nh ®−îc hoµn toµn c¸c t¸c nh©n g©y ®ét biÕn vµ ung th−; ®ã lµ ch−a kÓ ®Õn nhiÒu thãi quen sinh ho¹t cña con ng−êi còng lµm t¨ng kh¶ n¨ng bÞ ung th− nh− hót thuèc, ph¬i n¾ng qu¸ møc, chÕ ®é dinh d−ìng kh«ng phï hîp, x¶ chÊt th¶i ®éc h¹i ra m«i tr−êng, v.v… Cã thÓ nãi, nh÷ng nghiªn cøu di truyÒn ph©n tö trong ba thËp kû gÇn ®©y ®· gióp chóng ta cã mét sè hiÓu biÕt c¬ b¶n vÒ qu¸ tr×nh ph¸t sinh ung th−. Nh−ng còng cßn nhiÒu néi dung cÇn tiÕp tôc lµm s¸ng tá. C¸c nhµ y, sinh vµ d−îc häc hy väng r»ng: víi nh÷ng hiÓu biÕt míi cña con ng−êi vÒ ung th− trong thËp kû tíi sÏ gãp phÇn ®Ò ra c¸c biÖn ph¸p phßng, chèng vµ ®iÒu trÞ bÖnh ung th− hiÖu qu¶ h¬n so víi hiÖn nay. 266

Ch−¬ng 9 §iÒu hßa gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng 9.1. Tæng quan vÒ ho¹t ®éng miÔn dÞch Khi c¬ thÓ ®éng vËt cã vó bÞ l©y nhiÔm bëi c¸c t¸c nh©n sinh häc g©y bÖnh nh− nÊm, vi khuÈn, virut, hoÆc cã sù x©m nhËp cña c¸c tÕ bµo ngo¹i lai, chóng sÏ ®¸p øng l¹i b»ng c¸c ®¸p øng miÔn dÞch. Qu¸ tr×nh ®¸p øng miÔn dÞch th−êng diÔn ra qua ba b−íc c¬ b¶n: 1. NhËn ra sù x©m nhËp cña c¸c thÓ l©y nhiÔm (vÝ dô: tÕ bµo hoÆc virut). 2. TruyÒn tÝn hiÖu nhËn biÕt tíi nh÷ng tÕ bµo thÝch hîp cña hÖ miÔn dÞch. 3. Lo¹i bá c¸c thùc thÓ l¹. Mét sè thµnh phÇn cña hÖ miÔn dÞch ®−îc ®iÒu khiÓn chèng l¹i c¸c t¸c nh©n l©y nhiÔm theo mét c¸ch chung ®−îc gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch kh«ng ®Æc hiÖu. Trong sè c¸c ho¹t ®éng nµy cã sù t¨ng tuÇn hoµn m¸u vµ huy ®éng sù ho¹t ®éng cña mét lo¹i tÕ bµo ®Æc biÖt gäi lµ thÓ thùc bµo (phagocyte) ®Õn vïng m« bÞ l©y nhiÔm. Trong ®ã, c¸c thÓ thùc bµo cã thÓ “bao v©y” vµ tiªu diÖt mét l−îng nhÊt ®Þnh c¸c virut, vi khuÈn, nÊm vµ c¸c tÕ bµo ngo¹i lai mét c¸ch kh«ng ®Æc hiÖu. MÆc dï vËy, trong ho¹t ®éng sèng cña ®éng vËt cã x−¬ng sèng, ®¸p øng miÔn dÞch quan träng nhÊt lµ c¸c ®¸p øng cã tÝnh ®Æc hiÖu cña hÖ miÔn dÞch víi tõng thÓ l©y nhiÔm (thËm chÝ tõng chÊt l©y nhiÔm) ®−îc gäi lµ c¸c ®¸p øng miÔn dÞch ®Æc hiÖu. Trong ch−¬ng nµy, chóng ta chØ ®Ò cËp ®Õn hai kiÓu ®¸p øng miÔn dÞch ®Æc hiÖu c¬ b¶n: (1) sù tæng hîp c¸c protein ®Æc hiÖu; vµ (2) sù s¶n sinh c¸c tÕ bµo ®Æc hiÖu cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ c¬ thÓ khái mçi lo¹i t¸c nh©n l©y nhiÔm. §¸ng chó ý lµ trong c¬ thÓ, hai kiÓu ®¸p øng miÔn dÞch nµy th−êng kh«ng diÔn ra ®éc lËp; mµ thay vµo ®ã, chóng cã sù liªn l¹c vµ ®−îc ®iÒu phèi chung ®Ó ®¸p øng miÔn dÞch ®¹t hiÖu qu¶ cao. VÒ c¬ chÕ, ®¸p øng miÔn dÞch ®èi víi sù x©m nhËp cña c¸c t¸c nh©n ngo¹i lai lµ mét qu¸ tr×nh phøc t¹p. Tr−íc tiªn, chóng ta sÏ tãm l−îc vÒ c¸c thµnh phÇn tham gia trùc tiÕp vµo c¸c ®¸p øng miÔn dÞch, tr−íc khi ®Ò cËp tíi c¸c qu¸ tr×nh cña ®¸p øng miÔn dÞch vµ sù ®iÒu hßa c¸c gen cña hÖ miÔn dÞch. 9.2. C¸c thµnh phÇn tham gia ®¸p øng miÔn dÞch ë ®éng vËt cã vó §Æc ®iÓm næi bËt cña ®¸p øng miÔn dÞch lµ tÝnh ®Æc hiÖu. TÝnh ®Æc hiÖu nµy ®−îc quy ®Þnh bëi ba thµnh phÇn cña hÖ miÔn dÞch. §ã lµ: (1) mét nhãm c¸c tÕ bµo biÖt hãa, trong ®ã mçi lo¹i tÕ bµo cã chøc n¨ng riªng nh−ng ho¹t ®éng theo mét c¬ chÕ ®iÒu phèi chung, (2) hai nhãm protein chøc n¨ng lµ c¸c kh¸ng thÓ vµ c¸c thô thÓ tÕ bµo T, mçi lo¹i cã thÓ nhËn biÕt ®Æc hiÖu nh−ng kh«ng giíi h¹n c¸c lo¹i hîp chÊt l¹ kh¸c nhau, vµ (3) mét tËp hîp c¸c protein biÖt hãa ®−îc gäi lµ c¸c kh¸ng nguyªn t−¬ng hîp m« (MHC), ®©y lµ c¸c protein cã vai trß liªn l¹c gi÷a c¸c tÕ bµo vµ gióp hÖ miÔn dÞch nhËn ra c¸c hîp chÊt l¹ vµ ph©n biÖt c¸c tÕ bµo cña b¶n th©n víi c¸c tÕ bµo ngo¹i lai. B¶ng 9.1 liÖt kª c¸c nhãm protein vµ tÕ bµo quan träng nhÊt cña hÖ miÔn dÞch cïng víi c¸c chøc n¨ng c¬ b¶n cña chóng. HÖ miÔn dÞch cña mét ng−êi tr−ëng thµnh trung b×nh chøa kho¶ng 1012 tÕ bµo b¹ch cÇu vµ kho¶ng 1015 hoÆc nhiÒu h¬n c¸c protein ®Æc thï; tÊt c¶ 267

§inh §oµn Long ®Òu ®−îc ®iÒu phèi ho¹t ®éng chung vµ thèng nhÊt víi nhau ®Ó cã thÓ lo¹i bá c¸c t¸c nh©n l©y nhiÔm khái c¬ thÓ. Ch¼ng h¹n, khi mét t¸c nh©n l¹ (vÝ dô: virut hay vi khuÈn) x©m nhËp vµo c¬ thÓ ng−êi, c¸c tÕ bµo cña hÖ miÔn dÞch cã thÓ nhËn biÕt ra nã vµ thóc ®Èy c¬ thÓ s¶n sinh c¸c kh¸ng thÓ vµ protein thô thÓ tÕ bµo T liªn kÕt ®Æc hiÖu ®Ó “b¾t gi÷” t¸c nh©n l¹ l©y nhiÔm. Hîp chÊt l¹ (thuéc t¸c nh©n l©y nhiÔm) ®−îc mçi lo¹i kh¸ng thÓ hoÆc thô thÓ tÕ bµo T liªn kÕt ®Æc hiÖu ®−îc gäi lµ kh¸ng nguyªn (antigen). C¸c kh¸ng nguyªn cã thÓ khëi ®Çu mét ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc gäi lµ c¸c chÊt sinh miÔn dÞch (immunogen). Nh×n chung, hÇu hÕt c¸c cao ph©n tö sinh häc, nh− c¸c chuçi polypeptide, c¸c ph©n tö polysaccharide, axit nucleic vµ c¸c hîp chÊt tæng hîp kh¸c cã nguån gèc ngo¹i lai ®Òu cã thÓ ho¹t ®éng nh− c¸c kh¸ng nguyªn vµ phÇn lín lµ c¸c chÊt sinh miÔn dÞch sau khi x©m nhËp vµo c¬ thÓ vËt chñ. §¸p øng miÔn dÞch ë ®éng vËt cã vó gåm hai thµnh phÇn chÝnh: (1) ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc ®iÒu khiÓn bëi kh¸ng thÓ hay cßn gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch, vµ (2) ®¸p øng ®−îc ®iÒu khiÓn bëi tÕ bµo lympho T hay cßn gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo. §¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch liªn quan ®Õn sù s¶n xuÊt vµ tiÕt ra c¸c kh¸ng thÓ tr−íc khi B¶ng 9.1. C¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng miÔn dÞch ë ®éng vËt cã vó Tªn thµnh phÇn Chøc n¨ng c¬ b¶n I. C¸c lo¹i protein Kh¸ng nguyªn lµ c¸c chÊt kÝch ho¹t ®¸p øng miÔn dÞch, cßn ®−îc gäi lµ c¸c chÊt ho¹t hãa s¶n sinh kh¸ng thÓ. Kh¸ng thÓ lµ c¸c protein ®−îc hÖ miÔn dÞch s¶n sinh cã thÓ nhËn biÕt vµ liªn kÕt ®Æc hiÖu víi c¸c kh¸ng nguyªn, qua ®ã thóc ®Èy hÖ miÔn dÞch ph©n gi¶i c¸c kh¸ng nguyªn. Thô thÓ tÕ bµo T lµ c¸c protein ®−îc hÖ miÔn dÞch s¶n sinh nh»m ®¸p øng l¹i c¸c kh¸ng nguyªn; sau khi ®−îc tæng hîp, protein nµy g¾n lªn bÒ mÆt tÕ bµo ®éc T vµ cã thÓ liªn kÕt ®Æc hiÖu víi c¸c kh¸ng nguyªn víi sù \"trî gióp\" cña c¸c kh¸ng nguyªn phøc hÖ t−¬ng hîp m« (MHC) Kh¸ng nguyªn phøc lµ c¸c protein bÒ mÆt tÕ bµo cã hai chøc n¨ng: (1) gióp c¸c tÕ bµo cña hÖ miÔn dÞch ph©n hÖ t−¬ng hîp m« biÖt ®−îc c¸c hîp chÊt l¹ (ngo¹i lai) víi c¸c chÊt cña b¶n th©n chóng, vµ (2) thóc ®Èy sù truyÒn tin (tÝn hiÖu) gi÷a c¸c tÕ bµo. (MHC) II. C¸c lo¹i tÕ bµo TÕ bµo gèc lµ c¸c tÕ bµo tñy x−¬ng ch−a biÖt hãa; tõ ®ã, s¶n sinh ra c¸c lo¹i tÕ bµo chuyªn hãa kh¸c nhau cña hÖ miÔn dÞch (bao gåm tÊt c¶ c¸c tÕ bµo nªu d−íi ®©y). ThÓ thùc bµo lµ c¸c tÕ bµo kÝch th−íc lín cã kh¶ n¨ng b¾t gi÷, “tiªu hãa” vµ ph©n hñy c¸c t¸c nh©n l¹ x©m nhËp vµo tÕ bµo, bao gåm c¸c lo¹i virus, vi khuÈn vµ nÊm. §¹i thùc bµo lµ mét nhãm thÓ thùc bµo cã thÓ “tiªu hãa” c¸c kh¸ng nguyªn vµ “béc lé” c¸c kh¸ng nguyªn (hoÆc mét phÇn cña chóng) lªn bÒ mÆt tÕ bµo; t¹i ®ã, chóng cã thÓ t−¬ng t¸c víi c¸c tÕ bµo kh¸c cña hÖ miÔn dÞch. TÕ bµo lympho B lµ c¸c tÕ bµo sau khi biÖt hãa (trong tñy x−¬ng cña ®éng vËt cã vó) sÏ trë thµnh c¸c tÕ bµo huyÕt t−¬ng (t−¬ng bµo) s¶n sinh kh¸ng thÓ vµ c¸c tÕ bµo nhí B. T−¬ng bµo lµ c¸c tÕ bµo b¹ch cÇu sinh kh¸ng thÓ cã nguån gèc tõ c¸c tÕ bµo lympho B. TÕ bµo nhí B lµ nhãm tÕ bµo B cã thÓ s¶n xuÊt nhanh mét lo¹i kh¸ng thÓ nhÊt ®Þnh khi c¬ thÓ bÞ l©y nhiÔm víi mét kh¸ng nguyªn ®· biÕt (®¸p øng miÔn dÞch thø cÊp). TÕ bµo lympho T lµ c¸c tÕ bµo ®−îc biÖt hãa trong tuyÕn øc, råi sau ®ã tiÕp tôc biÖt hãa thµnh c¸c lo¹i tÕ bµo T kh¸c nhau (gåm 4 lo¹i tÕ bµo T nªu d−íi ®©y). Trî bµo T lµ nhãm tÕ bµo T sau khi nhËn biÕt c¸c kh¸ng nguyªn ®−îc “béc lé” bëi ®¹i thùc bµo sÏ thóc ®Èy tÕ bµo lympho B s¶n sinh kh¸ng thÓ, ®ång thêi thóc ®Èy tÕ bµo lympho T s¶n sinh thô thÓ tÕ bµo T. TÕ bµo øc chÕ T lµ nhãm tÕ bµo T cã vai trß øc chÕ tÕ bµo B s¶n sinh kh¸ng thÓ vµ øc chÕ tÕ bµo T s¶n sinh thô thÓ tÕ bµo T sau khi ®¸p øng miÔn dÞch kÕt thóc. TÕ bµo ®éc T lµ nhãm tÕ bµo T mang c¸c thô thÓ tÕ bµo T cã nhiÖm vô \"tiªu diÖt\" c¸c tÕ bµo mang c¸c kh¸ng nguyªn ®−îc nhËn diÖn (tªn gäi kh¸c lµ tÕ bµo giÕt T). TÕ bµo nhí T lµ nhãm tÕ bµo T cã thÓ s¶n xuÊt nhanh mét lo¹i thô thÓ cña tÕ bµo T nhÊt ®Þnh trong ®¸p øng miÔn dÞch thø cÊp. 268

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng chóng ®−îc chuyÓn vµo hÖ tuÇn hoµn n¬i mµ chóng liªn kÕt vµ “c« lËp” (b¾t gi÷) c¸c kh¸ng nguyªn. Phøc hÖ “kh¸ng nguyªn - kh¸ng thÓ” sau ®ã ®−îc “tiªu hãa” (ph©n hñy) bëi mét nhãm tÕ bµo b¹ch cÇu ®Æc biÖt. HÖ thèng ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch gi÷ vai trß b¶o vÖ s¬ cÊp (vßng ngoµi) c¬ thÓ sinh vËt khái sù x©m nhËp cña c¸c tÕ bµo l¹ (nh− vi khuÈn vµ nÊm) hoÆc c¸c virut tr−íc khi chóng cã thÓ x©m nhËp s©u h¬n vµo bªn trong c¸c tÕ bµo cña c¬ thÓ vËt chñ. §¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo liªn quan ®Õn viÖc s¶n xuÊt c¸c thô thÓ tÕ bµo T bao bäc bÒ mÆt cña c¸c tÕ bµo lympho T; ë ®ã nh÷ng tÕ bµo b¹ch cÇu ®Æc biÖt nµy cã thÓ nhËn biÕt vµ tiªu diÖt c¸c tÕ bµo l¹ l©y nhiÔm. B»ng c¬ chÕ ®ã, hÖ thèng ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo cã vai trß b¶o vÖ c¬ thÓ ®éng vËt khái sù l©y nhiÔm cña virut. Trong phÇn tiÕp theo, chóng ta sÏ ®Ò cËp ®Õn c¸c lo¹i tÕ bµo vµ c¸c ®¹i ph©n tö tham gia vµo c¸c qu¸ tr×nh ®¸p øng miÔn dÞch. 9.2.1. C¸c tÕ bµo chuyªn hãa ®iÒu hßa ®¸p øng miÔn dÞch §¸p øng miÔn dÞch ®èi víi mét hîp chÊt l¹ phô thuéc vµo hµng lo¹t c¸c ho¹t ®éng ®−îc ®iÒu phèi chung gi÷a c¸c tÕ bµo biÖt hãa cña hÖ miÔn dÞch. TÊt c¶ nh÷ng tÕ bµo biÖt hãa nh− vËy ®Òu cã nguån gèc tõ mét nhãm tÕ bµo tiÒn th©n gäi lµ tÕ bµo gèc ë tñy x−¬ng (h×nh 9.1). Mét phÇn chÝnh cña ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc thùc hiÖn bëi c¸c tÕ bµo lympho B, cßn ®−îc gäi t¾t lµ c¸c tÕ bµo B (së dÜ gäi lµ tÕ bµo B v× ë chim c¸c tÕ bµo nµy ®−îc biÖt hãa trong c¸c tói Bursa lµ c¬ quan t−¬ng ®ång víi tñy x−¬ng ë ®éng vËt cã vó). PhÇn Tñy x−¬ng TÕ bµo gèc t¹o m¸u Tñy x−¬ng TÕ bµo gèc lympho TÕ bµo gèc tñy Nguyªn TÕ bµo nh©n hång cÇu khæng lå M¸u C¸c tÕ bµo b¹ch cÇu ®a d¹ng nh©n TÕ bµo B TÕ bµo T −a kiÒm trung tÝnh ®¬n nh©n TiÓu cÇu Hång cÇu TÕ bµo g©y hiÖu øng C¸c M« TÕ bµo T TÕ bµo mast §¹i thùc bµo T−¬ng bµo ho¹t hãa H×nh 9.1. Nguån gèc c¸c tÕ bµo chÝnh cña hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã vó. PhÇn lín c¸c tÕ bµo thuéc hÖ miÔn dÞch cã nguån gèc tõ tÕ bµo gèc ë tñy x−¬ng. Trong ®ã, cã 3 con ®−êng biÖt hãa: (1) h×nh thµnh tÕ bµo B tiÒn th©n; c¸c tÕ bµo B tiÒn th©n di tró tíi tôy vµ c¸c h¹ch lympho, ë ®ã chóng tiÕp tôc biÖt hãa thµnh t−¬ng bµo, s¶n sinh kh¸ng thÓ vµ tÕ bµo nhí B, (2) h×nh thµnh c¸c thÓ thùc bµo bao gåm c¸c ®¹i thùc bµo, vµ (3) h×nh thµnh tÕ bµo T tiÒn th©n; c¸c tÕ bµo T tiÒn th©n di tró tíi tuyÕn øc (thymus), ë ®ã chóng tiÕp tôc biÖt hãa thµnh 4 lo¹i tÕ bµo T kh¸c lµ tÕ bµo ®éc T, trî bµo T, tÕ bµo øc chÕ T vµ tÕ bµo nhí T (b−íc cuèi kh«ng vÏ trªn h×nh). 269

§inh §oµn Long chÝnh cßn l¹i cña ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc thùc hiÖn bëi c¸c tÕ bµo lympho T, cßn ®−îc gäi lµ c¸c tÕ bµo T (së dÜ gäi lµ c¸c tÕ bµo T v× c¸c thÕ bµo nµy ®−îc biÖt hãa trong tuyÕn øc, tiÕng Anh lµ Thymus). Ngoµi ra, c¸c tÕ bµo B vµ T cßn ®−îc gäi chung lµ c¸c tÕ bµo lympho (tõ nµy gèc Latin cã nghÜa lµ kh«ng mµu, ph¶n ¸nh ®Æc ®iÓm cña c¸c tÕ bµo b¹ch cÇu). Mét nhãm tÕ bµo kh¸c cña hÖ miÔn dÞch lµ thÓ thùc bµo (phagocyte). Trong c¸c thÓ thùc bµo, cã mét nhãm tÕ bµo kÝch th−íc lín gäi lµ ®¹i thùc bµo (macrophage) gi÷ vai trß quyÕt ®Þnh c¸c ho¹t ®éng khëi ®Çu ®¸p øng miÔn dÞch cña c¶ hai phÇn nªu trªn. Sau khi nhËn ®−îc tÝn hiÖu khëi ®Çu ®¸p øng miÔn dÞch, c¸c tÕ bµo B biÖt hãa thµnh c¸c t−¬ng bµo (®©y lµ c¸c tÕ bµo s¶n sinh kh¸ng thÓ cã nhiÖm vô “b¾t gi÷” kh¸ng nguyªn), vµ mét lo¹i tÕ bµo thø hai ®−îc gäi lµ c¸c tÕ bµo nhí B (tÕ bµo nµy thóc ®Èy sù s¶n sinh nhanh c¸c kh¸ng thÓ khi hÖ miÔn dÞch gÆp l¹i cïng lo¹i kh¸ng nguyªn trong c¸c lÇn l©y nhiÔm vÒ sau). Trong khi ®ã, c¸c tÕ bµo T biÖt hãa thµnh bèn lo¹i tÕ bµo T quan träng, bao gåm: - TÕ bµo ®éc T: lµ nhãm tÕ bµo mµ bÒ mÆt cña chóng mang c¸c protein liªn kÕt kh¸ng nguyªn ®−îc gäi lµ thô thÓ tÕ bµo T. Nh÷ng tÕ bµo nµy cã vai trß “tiªu diÖt” c¸c tÕ bµo mang c¸c kh¸ng nguyªn t−¬ng øng, v× vËy ®−îc gäi lµ c¸c tÕ bµo ®éc T hay tÕ bµo giÕt T. - Trî bµo T: lµ nhãm tÕ bµo thóc ®Èy c¸c tÕ bµo lympho B vµ T biÖt hãa thµnh c¸c t−¬ng bµo vµ c¸c tÕ bµo ®éc T sau khi nhËn ®−îc c¸c tÝn hiÖu cña ®¸p øng miÔn dÞch. - TÕ bµo øc chÕ T: lµ nhãm tÕ bµo cã vai trß ®iÒu hßa ©m tÝnh sù ho¹t ®éng cña c¸c tÕ bµo huyÕt t−¬ng vµ c¸c tÕ bµo ®éc T; nghÜa lµ øc chÕ sù tæng hîp c¸c kh¸ng nguyªn vµ c¸c thô thÓ tÕ bµo T. - TÕ bµo nhí T: lµ nhãm tÕ bµo cã vai trß “ghi nhí” kh¸ng nguyªn vµ thóc ®Èy sù s¶n sinh nhanh c¸c tÕ bµo ®éc T khi hÖ miÔn dÞch gÆp l¹i cïng lo¹i kh¸ng nguyªn sau nµy. Mét sè bÖnh liªn quan ®Õn hÖ miÔn dÞch g©y ra bëi c¬ chÕ di truyÒn. Trong c¸c bÖnh nh− vËy, cã lÏ bÖnh nghiªm träng nhÊt lµ bÖnh suy gi¶m miÔn dÞch kÕt hîp nghiªm träng - SCID. Cßn bÖnh liªn quan ®Õn hÖ miÔn dÞch nguy hiÓm nhÊt g©y ra bëi t¸c nh©n l©y nhiÔm lµ héi chøng suy gi¶m miÔn dÞch m¾c ph¶i - AIDS (do sù l©y nhiÔm cña HIV). C¸c bÖnh nh©n m¾c héi chøng SCID mÊt kh¶ n¨ng thùc hiÖn c¸c ®¸p øng miÔn dÞch theo c¶ hai c¬ chÕ miÔn dÞch thÓ dÞch vµ miÔn dÞch tÕ bµo. Trong thùc tÕ, cã nhiÒu d¹ng bÖnh SCID kh¸c nhau; trong ®ã, kho¶ng mét nöa sè bÖnh nh− vËy lµ do c¸c ®ét biÕn lÆn liªn kÕt NST X cßn mét nöa lµ do c¸c ®ét biÕn lÆn liªn kÕt NST th−êng. 9.2.2. C¸c protein chuyªn hãa t¹o nªn sù ®Æc hiÖu cña ®¸p øng miÔn dÞch Sù ®Æc hiÖu cña mçi ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc quyÕt ®Þnh bëi hai nhãm protein, ®ã lµ c¸c kh¸ng thÓ vµ c¸c thô thÓ tÕ bµo T. C¸c protein nµy ®iÒu hßa hai phÇn chÝnh cña ®¸p øng miÔn dÞch, gåm (1) ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc ®iÒu hßa bëi kh¸ng thÓ gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch, vµ (2) ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc ®iÒu hßa bëi tÕ bµo T (qua thô thÓ tÕ bµo T) gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo. MÆc dï c¶ hai nhãm protein nµy ®Òu cã ®Æc tÝnh \"b¾t gi÷\" kh¸ng nguyªn ®Æc hiÖu, nghÜa lµ mçi lo¹i kh¸ng thÓ vµ thô thÓ tÕ bµo T hÇu nh− chØ liªn kÕt víi mét lo¹i kh¸ng nguyªn duy nhÊt; nh−ng, tËp hîp c¸c kh¸ng thÓ vµ thô thÓ tÕ bµo T kh¸c nhau l¹i cã sù ®a d¹ng vÒ kh¶ n¨ng liªn kÕt c¸c kh¸ng nguyªn d−êng nh− kh«ng cã giíi h¹n. C¬ chÕ di truyÒn t¹o nªn sù ®a d¹ng vÒ cÊu tróc cña c¸c kh¸ng thÓ vµ thô thÓ tÕ bµo T chÝnh lµ c¬ chÕ t¹o nªn kh¶ n¨ng liªn kÕt kh¸ng nguyªn ®a d¹ng. 270

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng C¸c kh¸ng thÓ thuéc mét nhãm protein chøc n¨ng ®−îc gäi chung lµ immunoglobulin. Mçi kh¸ng thÓ ®iÓn h×nh lµ mét ph©n tö protein gåm bèn chuçi polypeptide, chia lµm hai cÆp gièng hÖt nhau, gäi lµ cÆp chuçi nÆng vµ cÆp chuçi nhÑ. C¸c chuçi nÆng vµ nhÑ g¾n kÕt víi nhau qua c¸c liªn kÕt disulfide (-S-S-). C¸c chuçi nhÑ gåm kho¶ng 220 axit amin, cßn c¸c chuçi nÆng gåm kho¶ng 440 - 450 axit amin. C¶ hai lo¹i chuçi nÆng vµ nhÑ ®Òu cã vïng ®Çu N mang tr×nh tù rÊt biÕn ®æi dµi kho¶ng 110 axit amin (chÝnh tr×nh tù vïng ®Çu N nµy qui ®Þnh tÝnh ®Æc hiÖu cña mçi lo¹i kh¸ng thÓ víi mét kh¸ng nguyªn nhÊt ®Þnh) vµ vïng ®Çu C cã tr×nh tù æn ®Þnh (tr×nh tù ®Çu C nµy qui ®Þnh líp Ig cña immunoglobulin). Mçi kh¸ng thÓ cã c¸c miÒn (domain) chøc n¨ng kh¸c nhau (h×nh 9.2). Cô thÓ, vÒ phÝa ®Çu N, c¸c kh¸ng thÓ ®Òu cã hai miÒn liªn kÕt kh¸ng nguyªn. Mçi miÒn nµy ®−îc t¹o ra tõ vïng biÕn ®æi cña mét cÆp chuçi nÆng vµ nhÑ. Hai vïng biÕn ®æi nh− vËy t¹o nªn hai vÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn theo kiÓu \"ch×a khãa tra vµo æ khãa\". Trong khi ®ã, vÒ phÝa ®Çu C, vïng æn ®Þnh cña hai chuçi nÆng liªn kÕt víi nhau h×nh thµnh nªn miÒn ho¹t hãa cã vai trß lµ \"cÇu nèi\" t−¬ng t¸c gi÷a kh¸ng thÓ víi c¸c thµnh phÇn kh¸c cña hÖ miÔn dÞch. Chuçi nhÑ cña c¸c kh¸ng thÓ gåm hai nhãm kh¸c biÖt nhau ë vïng æn ®Þnh, ®−îc gäi lµ c¸c chuçi kappa vµ lambda. D−íi ®©y, chóng ta sÏ thÊy tÝnh ®Æc hiÖu liªn kÕt kh¸ng nguyªn cña kh¸ng thÓ do vïng biÕn ®æi cña c¶ bèn chuçi quy ®Þnh, cßn chøc n¨ng ho¹t ®éng miÔn dÞch kh¸c nhau (ph©n chia thµnh 5 líp kh¸ng thÓ) lµ do sù kh¸c biÖt vÒ cÊu tróc vïng æn ®Þnh cña hai chuçi nÆng quy ®Þnh (b¶ng 9.2). Cã 5 líp kh¸ng thÓ kh¸c nhau, gåm IgA, IgD, IgE, IgG vµ IgM. C¸c líp kh¸ng thÓ nµy kh¸c nhau vÒ chøc n¨ng miÔn dÞch. Sù kh¸c biÖt nµy lµ do vïng æn ®Þnh cña chuçi nÆng quy ®Þnh. C¸c kh¸ng thÓ IgA, IgD, IgE, IgG vµ IgM lÇn l−ît mang c¸c chuçi nÆng lµ α, δ, ε, γ vµ µ (h×nh 9.2). ë ng−êi, cã hai líp phô kh¸ng thÓ IgA vµ bèn líp phô kh¸ng thÓ IgG. C¸c líp phô nµy kh¸c nhau chót Ýt vÒ cÊu tróc chuçi nÆng. Líp kh¸ng thÓ ®Çu tiªn lu«n ®−îc tÕ bµo B t¹o ra lµ IgM. C¸c kh¸ng thÓ IgM ®Çu tiªn g¾n kÕt trªn bÒ mÆt tÕ bµo cïng víi c¸c thô thÓ kh¸ng nguyªn bÒ mÆt. Khi ®¸p øng miÔn dÞch s¬ cÊp x¶y ra, tÕ bµo B s¶n sinh vµ tiÕt ra ngoµi bÒ mÆt tÕ bµo kh¸ng thÓ IgM (cßn gäi lµ kh¸ng thÓ IgM tiÕt). IgM lµ mét phøc hÖ kh¸ng thÓ gåm 5 tiÓu phÇn (phøc n¨m) víi 10 vÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn. Sau ®¸p øng miÔn dÞch ®Çu tiªn (s¶n sinh kh¸ng thÓ IgM), c¸c tÕ bµo B cã thÓ chuyÓn sang s¶n xuÊt c¸c líp kh¸ng thÓ kh¸c, gäi lµ sù chuyÓn ®æi líp kh¸ng thÓ. B¶ng 9.2. C¸c líp kh¸ng thÓ (immunoglobulin) Lo¹i Chuçi nÆng CÊu tróca TØ lÖ N¬i ho¹t ®éng Vai trß vµ chøc n¨ng IgA α α2L2 14% C¸c dÞch tiÕt (nh− s÷a, Gióp c¬ thÓ tr¸nh khái vi sinh vËt t¹i nh÷ng vïng vi n−íc bät, n−íc m¾t) sinh vËt dÔ x©m nhËp IgD δ δ2L2 1% M¸u; c¸c lo¹i tÕ bµo B Ch−a biÕt ch¾c ch¾n; cã thÓ cã vai trß thóc ®Èy c¸c tÕ bµo B s¶n sinh ra c¸c líp kh¸ng thÓ kh¸c nhau IgE ε ε2L2 < 1% ë c¸c m«; c¸c tÕ bµo Lµ thô thÓ cña c¸c kh¸ng nguyªn, thóc ®Èy c¸c tÕ bµo IgG γ mastb mast tiÕt ra histamine γ2L2 80% M¸u; C¸c ®¹i thùc bµo; Ho¹t hãa c¸c bæ thÓ trong ®¸p øng miÔn dÞch thø cÊpc c¸c t−¬ng bµo IgM µ µ2L2 5% M¸u; c¸c lo¹i tÕ bµo B Ho¹t hãa c¸c bæ thÓ trong ®¸p øng miÔn dÞch s¬ cÊpc a L lµ chuçi nhÑ, thuéc mét trong hai lo¹i kappa hoÆc lambda. b C¸c tÕ bµo mast ph©n bè ë nhiÒu m« kh¸c nhau, tiÕt ra histamine trong ®¸p øng miÔn dÞch kh«ng ®Æc hiÖu sau khi tÕ bµo bÞ l©y nhiÔm. c Bæ thÓ gåm kho¶ng 20 lo¹i protein hßa tan trong m¸u, kÕt hîp víi nhau ®Ó h×nh thµnh nªn mét phøc hÖ protein lín mçi khi xuÊt hiÖn phøc hÖ “kh¸ng nguyªn/kh¸ng thÓ”. Phøc hÖ protein bæ thÓ cã thÓ “tiªu diÖt” c¸c tÕ bµo theo mét sè c¸ch, ch¼ng h¹n nh− “®ôc lç” trªn mµng tÕ bµo. C¸c protein nµy ®−îc gäi lµ “bæ thÓ” v× chóng bæ sung cho ho¹t ®éng cña kh¸ng thÓ nh»m chèng l¹i sù l©y nhiÔm cña c¸c tÕ bµo l¹. 271

§inh §oµn Long c) CÊu tróc cña c¸c líp kh¸ng nguyªn (immunoglobulin) a) C¸c phÇn cÊu tróc cña kh¸ng nguyªn VH VL VH VH C¸c vÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn CL VL Cε1 Vïng biÕn ®æi VL Cγ1 Cδ1 ®Çu N CL CL Cγ2 Cδ2 Cε2 IgE Cγ3 IgG Cδ3 IgD Cε3 Chuçi nhÑ VL VH VL VH Chuçi nÆng CL Cα1 Cµ1 CL Cµ2 Cµ3 Vïng nèi Cµ4 Vïng æn Cα2 Chuçi J ®Þnh ®Çu C Cα3 Chuçi J b) CÇu liªn kÕt disulfide gi÷a c¸c chuçi nÆng vµ nhÑ IgA (phøc ®«i) IgM (phøc n¨m) VÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn Chuçi nÆng Kh¸ng VH H×nh 9.2. CÊu tróc cña mçi kh¸ng thÓ vµ c¸c líp kh¸ng thÓ. nguyªn H×nh (a) minh häa c¸c phÇn cÊu tróc cña kh¸ng thÓ ®iÓn h×nh. H×nh (b) m« t¶ cÇu liªn kÕt disulfide (-S-S-) gi÷a c¸c phÇn cña Chuçi chuçi nÆng vµ chuçi nhÑ trong ph©n tö kh¸ng thÓ; VH chØ vïng nhÑ VL biÕn ®æi cña chuçi nÆng, VL chØ vïng biÕn ®æi cña chuçi nhÑ. C¸c cÇu liªn H×nh (c) m« t¶ cÊu tróc vµ thµnh phÇn cña c¸c líp kh¸ng thÓ, kÕt disulfide gåm IgA, IgD, IgE, IgM vµ IgG. L−u ý: IgA gåm hai ph©n tö kh¸ng thÓ liªn kÕt víi nhau (phøc ®«i), v× vËy cã 4 vÞ trÝ liªn kÕt 5 nm kh¸ng nguyªn; trong khÝ ®ã, IgM cã 5 ph©n tö kh¸ng thÓ liªn kÕt víi nhau (phøc n¨m) nªn cã 10 vÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn, c¸c líp kh¸ng thÓ kh¸c chØ cã 2 vÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn. Trong m¸u, c¸c kh¸ng thÓ IgG chiÕm phÇn chñ yÕu Chuçi α (80%). Khi c¬ thÓ l©y nhiÔm lÆp l¹i víi cïng lo¹i kh¸ng Vïng biÕn nguyªn, chóng ®−îc t¹o ra víi mét l−îng lín. Lóc nµy, ®¸p ®æi ®Çu N øng miÔn dÞch ®−îc gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch thø cÊp. IgA lµ líp kh¸ng thÓ phæ biÕn nhÊt trong c¸c dÞch tiÕt (n−íc Chuçi β Vïng æn bät, n−íc m¾t, s÷a mÑ); trong khi ®ã, IgE biÓu hiÖn chøc BÒ mÆt tÕ bµo T ®Þnh ®Çu C n¨ng liªn kÕt kh¸ng nguyªn gièng nh− thô thÓ mµng tÕ bµo ë c¸c tÕ bµo mast thuéc mét sè m«. Khi c¸c kh¸ng nguyªn ®−îc c¸c IgE b¾t gi÷, c¸c tÕ bµo mast tiÕt ra histamine vµ mét sè dÉn xuÊt amin kh¸c ®−îc coi lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra c¸c ph¶n øng dÞ øng th−êng gÆp ë bÖnh hen suyÔn hay bÖnh sèt mïa hÌ. Bªn trong tÕ bµo T H×nh 9.3. CÊu tróc mét thô thÓ tÕ Khi so s¸nh cÊu tróc, tÊt c¶ c¸c kh¸ng thÓ ®Òu cã bµo T liªn kÕt xuyªn mµng tÕ bµo. tr×nh tù axit amin ®Æc thï vµ chóng lu«n kh¸c nhau ë vïng biÕn ®æi. NÕu nh− mçi chuçi polypeptide cña kh¸ng thÓ ®Òu ®−îc m· hãa bëi c¸c gen riªng lÎ, th× sè l−îng gen m· hãa c¸c kh¸ng thÓ cña hÖ miÔn dÞch sÏ rÊt lín. Nh−ng thùc tÕ kh«ng ®óng nh− vËy. C¸c gen m· hãa kh¸ng thÓ ®−îc tæ chøc theo mét c¸ch ®Æc biÖt. Cô thÓ, côm c¸c locut gen m· hãa kh¸ng thÓ ®−îc “l÷u gi÷” trong nh©n tÕ bµo gèc ®−îc ph©n thµnh c¸c “ph©n ®o¹n gen”; c¸c ph©n ®o¹n gen nµy chØ ®−îc c¾t ra vµ tæ hîp l¹i víi nhau khi biÖt hãa thµnh c¸c t−¬ng bµo s¶n sinh 272

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng kh¸ng thÓ. Chóng ta sÏ ®Ò cËp ®Õn c¸c b−íc cña qu¸ tr×nh nµy trong phÇn sau cña ch−¬ng nµy. §Ó chèng l¹i sù l©y nhiÔm cña c¸c t¸c nh©n g©y bÖnh, ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo còng cã tÝnh ®Æc hiÖu kh¸ng nguyªn cao vµ cã vai trß quan träng t−¬ng ®−¬ng nh− ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch. Trong ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo, c¸c thô thÓ tÕ bµo T quyÕt ®Þnh tÝnh ®Æc hiÖu kh¸ng nguyªn. Mçi thô thÓ cña tÕ bµo T lµ mét ph©n tö protein kÐp gåm mét chuçi α vµ mét chuçi β (h×nh 9.3). C¶ hai chuçi polypeptide nµy ®Òu cã tr×nh tù axit amin vïng ®Çu N biÕn ®æi, cßn vïng ®Çu C æn ®Þnh. Nh− vËy, thô thÓ tÕ bµo T còng cã ®Æc ®iÓm cÊu tróc gièng kh¸ng thÓ. Nh−ng, ®iÓm kh¸c biÖt lµ mçi thô thÓ tÕ bµo T chØ cã mét vÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn, trong khi mçi kh¸ng thÓ (trõ líp IgA vµ IgM) cã hai vÞ trÝ. Nh− tªn gäi, thô thÓ tÕ bµo T g¾n trªn mµng tÕ bµo T nhê vïng æn ®Þnh. Chóng cã mÆt ë c¶ hai lo¹i tÕ bµo T lµ tÕ bµo ®éc T vµ trî bµo T. ë ®©y, khi kÕt hîp víi c¸c kh¸ng nguyªn t−¬ng hîp m« (MHC), c¸c tÕ bµo T \"b¾t gi÷\" kh¸ng nguyªn vµ tham gia vµo c¸c ho¹t ®éng miÔn dÞch. 9.2.3. C¸c kh¸ng nguyªn t−¬ng hîp m« (MHC) ViÖc ghÐp m« vµ c¬ quan gi÷a nh÷ng c¸ thÓ kh«ng cïng huyÕt thèng th−êng dÉn ®Õn hiÖn t−îng th¶i lo¹i do miÔn dÞch. Ng−îc l¹i, viÖc ghÐp m« vµ c¬ quan gi÷a c¸c cÆp song sinh th−êng thµnh c«ng. B»ng c¬ chÕ t−¬ng tù, viÖc ghÐp da tõ vïng nµy sang vïng kh¸c cña cïng c¬ thÓ còng th−êng kh«ng dÉn ®Õn hiÖn t−îng th¶i lo¹i. Nh÷ng vÝ dô nµy cho thÊy hÖ miÔn dÞch cña mét c¬ thÓ cã thÓ ph©n biÖt ®−îc tÕ bµo cña nã víi tÕ bµo cña c¬ thÓ kh¸c (hay nãi chÝnh x¸c h¬n lµ cña c¸c hÖ gen kh¸c). C¸c nghiªn cøu ë møc ph©n tö cho thÊy viÖc nhËn ra c¸c tÕ bµo l¹ do ho¹t ®éng cña mét phøc hÖ gåm c¸c ®¹i ph©n tö n»m trªn bÒ mÆt tÕ bµo gäi lµ phøc hÖ t−¬ng hîp m« - MHC (major histo-compability complex). Trong phøc hÖ t−¬ng hîp m«, quan träng nhÊt lµ c¸c protein t−¬ng hîp m«. C¸c protein nµy ®−îc m· hãa bëi c¸c locut gen MHC biÓu hiÖn tÝnh chÊt kh¸ng thÓ (kh«ng t−¬ng hîp) m¹nh víi c¸c tÕ bµo mang MHC cña c¬ thÓ kh¸c. ë ng−êi, c¸c protein MHC cßn ®−îc gäi lµ c¸c kh¸ng nguyªn liªn kÕt tÕ bµo lympho – HLA (human leukocyte antigen) v× chóng ®−îc t×m thÊy ®Çu tiªn ë tÕ bµo lympho. C¸c HLA ®−îc m· hãa bëi mét côm gen, gäi lµ locut HLA, n»m trªn NST sè 6 (h×nh 9.4). Côm gen nµy cã chiÒu dµi kho¶ng 3,5 kb. C¸c gen t¹i locut HLA cã tÝnh ®a h×nh rÊt cao, phÇn lín mçi gen trong côm gen cã tõ 10 ®Õn 50 alen kh¸c nhau; mét sè thËm chÝ cã trªn 100 alen. ChÝnh v× lý do nµy, kh¶ n¨ng hai c¸ thÓ kh«ng cïng huyÕt thèng ngÉu nhiªn cã b¶n sao gièng hÖt nhau ë tÊt c¶ c¸c gen cña locut HLA hÇu nh− kh«ng thÓ x¶y ra. Còng v× vËy, trong ghÐp m« vµ t¹ng, viÖc t×m ®−îc ng−êi cho cã kh¸ng nguyªn HLA phï hîp víi ng−êi nhËn th−êng gÆp khã kh¨n. Cã ba nhãm protein MHC kh¸c nhau vÒ chøc n¨ng miÔn dÞch. C¸c gen HLA nhãm I m· hãa cho c¸c protein gäi lµ c¸c kh¸ng nguyªn cÊy ghÐp, v× chóng cã vai trß quan träng trong sù th¶i lo¹i m« trong ghÐp t¹ng. C¸c HLA nhãm I cã b¶n chÊt lµ c¸c glycoprotein liªn kÕt mµng tÕ bµo víi miÒn x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh kh¸ng nguyªn béc lé ra ngoµi tÕ bµo. HÇu nh− chóng cã mÆt ë mäi tÕ bµo cña mét c¬ thÓ vµ gióp tÕ bµo ®éc T nhËn ra c¸c tÕ bµo l¹ x©m nhËp vµo c¬ thÓ. Mçi lo¹i protein MHC nhãm I cã thÓ liªn kÕt víi nhiÒu lo¹i kh¸ng nguyªn kh¸c nhau vµ béc lé c¸c kh¸ng nguyªn nµy cho c¸c tÕ bµo ®éc T. C¸c gen HLA nhãm II m· hãa cho c¸c protein liªn kÕt mµng tÕ bµo lympho B, c¸c ®¹i thùc bµo vµ c¸c tÕ bµo t−¬ng t¸c víi c¸c trî bµo T. C¸c protein MHC nhãm II chøa c¸c “khe” liªn kÕt kh¸ng nguyªn cho phÐp c¸c tÕ bµo mang chóng liªn kÕt ®−îc víi c¸c protein cã quan hÖ víi nhau (cã cÊu tróc mét phÇn gièng nhau) vµ béc lé chóng víi c¸c trî bµo T (h×nh 9.5). C¸c gen HLA nhãm III m· hãa cho c¸c protein bæ thÓ lµ c¸c protein t−¬ng t¸c víi phøc hÖ kh¸ng nguyªn/kh¸ng thÓ vµ thóc ®Èy sù ph©n hñy chóng qua qu¸ 273

§inh §oµn Long tr×nh ph©n hñy protein. C¸c protein bæ thÓ cßn cã kh¶ n¨ng tiªu diÖt c¸c tÕ bµo l©y nhiÔm b»ng c¸ch ph¸ vì c¸c liªn kÕt trªn mµng tÕ bµo. Nh− vËy, kh«ng gièng víi c¸c HLA nhãm I vµ II, c¸c protein HLA nhãm III kh«ng ph¶i lµ c¸c protein liªn kÕt mµng tÕ bµo vµ lµm nhiÖm vô nhËn diÖn kh¸ng nguyªn. Trong mét sè tr−êng hîp, hÖ thèng nhËn diÖn tÕ bµo cã thÓ bÞ sai háng vµ c¸c tÕ bµo trong c¬ thÓ cã thÓ sinh ra c¸c kh¸ng thÓ chèng l¹i chÝnh kh¸ng nguyªn cña c¬ thÓ ®ã. BÖnh lý nµy ®−îc gäi lµ bÖnh tù miÔn. C¸c kh¸ng thÓ ®−îc sinh ra ë bÖnh nh©n tù miÔn cã thÓ lµm háng mét sè m« vµ c¬ quan, thËm chÝ biÓu hiÖn trªn toµn c¬ thÓ (th−êng g©y ®au cÊp tÝnh). VÝ dô nh− ë mét sè d¹ng bÖnh tù miÔn, c¸c kh¸ng thÓ tù miÔn cã thÓ tÊn c«ng vµ lµm háng c¸c tÕ bµo β s¶n sinh insulin ë tuyÕn tôy, dÉn ®Õn triÖu chøng tiÓu a) Côm locus HLA SBα SBβ DCα DCβ DRα DRβ C4F C4S C2 Bf BCA II II II II II II III III III III III C¸c nhãm kh¸ng nguyªn t−¬ng hîp m« b) Côm c¸c gen vµ gen gi¶ ë mét locus c) Mét gen E1 I1 E2 I2 E3 I3 E4 I4 E5 I5 E6 I6 E7 I7 E8 C¸c miÒn cÊu tróc §o¹n MiÒn ngo¹i bµo MiÒn xuyªn MiÒn néi bµo cña kh¸ng nguyªn tÝn hiÖu mµng tÕ bµo H×nh 9.4. CÊu tróc cña côm locus kh¸ng nguyªn t−¬ng hîp m« (HLA) trªn NST sè 6 ë ng−êi. H×nh (a) biÓu diÔn vÞ trÝ trªn b¶n ®å di truyÒn cña c¸c locus m· hãa c¸c protein MHC nhãm I, II vµ III trong côm locus HLA. H×nh (b) cho thÊy mçi locus gåm nhiÒu gen (mét sè cã thÓ lµ gen gi¶) m· hãa c¸c protein MHC nhãm I. H×nh (c) m« t¶ c¸c miÒn cÊu tróc cña mét kh¸ng nguyªn MHC nhãm I; trong ®ã E lµ exon, I lµ intron. Ngo¹i bµo MiÒn liªn kÕt c¸c Ngo¹i bµo β2-microglobulin ®o¹n peptide (kh¸ng nguyªn) MiÒn cÊu tróc gièng c¸c immunoglobulin MiÒn cÊu tróc xuyªn mµng tÕ bµo Chuçi α MiÒn trong Chuçi α Chuçi β Protein MHC tÕ bµo chÊt Protein MHC nhãm II nhãm I Néi bµo Néi bµo H×nh 9.5. CÊu tróc cña c¸c protein MHC nhãm I vµ II. C¶ hai lo¹i protein ®Òu ®−îc cÊu t¹o tõ hai chuçi polypeptide. Tuy nhiªn, protein MHC nhãm I (h×nh tr¸i) gåm mét chuçi α do locus MHC m· hãa, cßn chuçi thø 2 (β2-microglobulin) ®−îc m· hãa bëi mét gen kh¸c trong hÖ gen. Vïng ngo¹i bµo gåm 3 miÒn cÊu tróc α1, α2 vµ α3; mçi miÒn cã 90 axit amin. \"Khe\" h×nh thµnh gi÷a α1 vµ α2 (25Å x 10 Å x 10 Å) t¹o nªn vÞ trÝ liªn kÕt kh¸ng nguyªn (th−êng lµ ®o¹n peptide dµi 10 - 20 axit amin). C¸c protein MHC nhãm II (h×nh ph¶i) gåm hai chuçi polypeptide (α vµ β). Mçi chuçi cã 2 miÒn cÊu tróc (α1/α2 vµ β1/β2); mçi miÒn còng cã 90 axit amin vµ mét miÒn xuyªn mµng gåm 25 axit amin. C¶ hai nhãm protein MHC ®Òu cã miÒn liªn kÕt kh¸ng nguyªn rÊt biÕn ®æi. 274

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng ®−êng; lóc nµy, ng−êi bÖnh cÇn ®−îc bæ sung insulin tõ bªn ngoµi. NÕu kh«ng ®−îc bæ sung insulin hîp lý, bÖnh nh©n cã thÓ bÞ m¾c c¸c biÕn chøng mï, c¸c bÖnh thËn, tim m¹ch vµ chÕt sím. 9.3. §¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch (®iÒu hßa trung gian bëi kh¸ng thÓ) Khi mét kh¸ng Sù x©m nhËp MHC Phøc hÖ nguyªn l¹ (ch¼ng h¹n cña thÓ l©y MHC/kh¸ng nguyªn nh− mét ph©n tö nhiÔm Kh¸ng thÓ glycoprotein trªn bÒ mÆt Vi khuÈn §¹i thùc bµo tÕ bµo vi khuÈn) x©m nhËp vµo m¹ch m¸u Kh¸ng nguyªn ®éng vËt cã vó, nã sÏ liªn kÕt mµng kÝch ho¹t mét hÖ thèng Thô thÓ ph¶n vÖ gäi lµ ®¸p øng TÕ bµo B MHC miÔn dÞch thÓ dÞch thuÇn khiÕt (hay ®¸p øng miÔn Trî bµo T TÕ bµo nhí B (ch−a biÖt hãa) dÞch ®iÒu hßa trung TÕ bµo B Kh¸ng thÓ gian bëi kh¸ng thÓ) ho¹t hãa víi sù h×nh thµnh c¸c kh¸ng thÓ. C¸c kh¸ng T−¬ng bµo (s¶n sinh kh¸ng thÓ) thÓ sau khi h×nh thµnh H×nh 9.6. Sù biÖt hãa c¸c tÕ bµo B trong ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch. liªn kÕt ®Æc hiÖu víi c¸c kh¸ng nguyªn sÏ thóc ®Èy sù tiªu diÖt vµ th¶i lo¹i c¸c t¸c nh©n l©y nhiÔm khái hÖ tuÇn hoµn. HÖ thèng miÔn dÞch thÓ dÞch gi÷ vai trß chÝnh trong viÖc b¶o vÖ c¬ thÓ khái sù l©y nhiÔm cña c¸c lo¹i vi khuÈn, nÊm vµ lo¹i bá nhiÒu virut tr−íc khi chóng kÞp x©m nhËp vµo c¸c tÕ bµo. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc “®iÒu hßa” qua vai trß trung gian cña c¸c kh¸ng thÓ ®−îc t¹o ra tõ c¸c t−¬ng bµo cã nguån gèc tõ c¸c tÕ bµo B, vµ cã liªn quan ®Õn ho¹t ®éng phèi hîp cña nhiÒu nhãm tÕ bµo kh¸c nhau thuéc hÖ miÔn dÞch (h×nh 9.6). §¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch b¾t ®Çu khi ®¹i thùc bµo b¾t ®Çu ph¸t hiÖn mét hîp chÊt l¹. Chóng tiÕn hµnh “nuèt” vµ ph¸ hñy hîp chÊt l¹, ®ång thêi béc lé “mét phÇn” hîp chÊt l¹ bÞ ph©n hñy lªn bÒ mÆt tÕ bµo, gäi lµ epitop, ®Ó c¸c trî bµo T cã thÓ nhËn ra. Lóc nµy, c¸c trî bµo T ë d¹ng ho¹t hãa sÏ thóc ®Èy c¸c tÕ bµo B biÖt hãa hoÆc thµnh c¸c t−¬ng bµo (tÕ bµo sinh kh¸ng thÓ) hoÆc thµnh c¸c tÕ bµo nhí B (tÕ bµo thóc ®Èy ®¸p øng miÔn dÞch nhanh h¬n khi c¬ thÓ bÞ nhiÔm trë l¹i víi cïng lo¹i kh¸ng nguyªn). ë c¸c bÖnh nh©n AIDS, virut HIV ph¸ hñy c¸c trî bµo T, lµm suy yÕu hÖ miÔn dÞch cña ng−êi bÖnh vµ lµm ng−êi bÖnh trë nªn mÉn c¶m víi c¸c t¸c nh©n g©y bÖnh truyÒn nhiÔm kh¸c. Trong ®¸p øng miÔn dÞch, epitop chÝnh lµ phÇn kh¸ng nguyªn thóc ®Èy sù s¶n sinh kh¸ng thÓ. Nhê cÊu tróc nµy, kh¸ng thÓ nhËn biÕt vµ g¾n ®Æc hiÖu ®−îc víi kh¸ng nguyªn. Mét kh¸ng nguyªn cã thÓ cã mét hay nhiÒu epitop. Epitop cña mét protein kh¸ng nguyªn cã thÓ lµ mét ®o¹n peptide ng¾n (®«i khi chØ gåm kho¶ng 6 axit amin). C¸c kh¸ng thÓ sau khi g¾n vµo c¸c kh¸ng nguyªn sÏ kÝch ho¹t ®¸p øng miÔn dÞch lµm bÊt ho¹t chóng vµ lo¹i bá chóng khái c¬ thÓ. Phøc hÖ kh¸ng nguyªn/kh¸ng thÓ cã thÓ bÞ lo¹i bá bëi mét trong hai cßn ®−êng chÝnh: 1) c¸c phøc hÖ kh¸ng nguyªn/kh¸ng thÓ bÞ “nuèt” vµ bÞ ph©n hñy bëi c¸c thùc bµo; 2) C¸c kh¸ng thÓ IgG vµ IgM huy ®éng c¸c protein bæ thÓ h×nh thµnh phøc hÖ ph©n hñy c¸c virut vµ c¸c hîp chÊt protein kh¸c th«ng 275

§inh §oµn Long qua qu¸ tr×nh ph©n hñy protein vµ/hoÆc tiªu diÖt c¸c vi khuÈn vµ nÊm qua sù ph©n gi¶i tÕ bµo. Khi c¸c tÕ bµo lympho B biÖt hãa, mçi t−¬ng bµo chØ tæng hîp mét lo¹i kh¸ng thÓ ®Æc hiÖu. Nãi c¸ch kh¸c, tÊt c¶ c¸c kh¸ng thÓ ®−îc sinh ra tõ cïng mét t−¬ng bµo ®Òu gièng hÖt nhau vµ cã tÝnh ®Æc hiÖu liªn kÕt kh¸ng nguyªn gièng nhau. Mét c©u hái ®Æt ra lµ: b»ng c¸ch nµo c¬ thÓ cã thÓ s¶n sinh mét l−îng lín kh¸ng thÓ nhÊt ®Þnh ®Ó chèng l¹i sù l©y nhiÔm cña mét t¸c nh©n g©y bÖnh nµo ®ã? Lóc nµy, chóng ta nhí l¹i r»ng hÖ tuÇn hoµn ë ®éng vËt cã vó th−êng cã hµng triÖu tÕ bµo B. V× vËy, quÇn thÓ gåm hµng triÖu tÕ bµo B cña mét c¬ thÓ cã thÓ t¹o ra hµng triÖu t−¬ng bµo vµ c¸c lo¹i kh¸ng thÓ kh¸c nhau. NÕu mét tÕ bµo B t¹o ra mét lo¹i kh¸ng thÓ nµo ®ã mµ kh¸ng thÓ nµy ë tr¹ng th¸i g¾n kÕt víi kh¸ng nguyªn th× tÕ bµo B ®ã sÏ ®−îc ho¹t hãa ®Ó ph©n chia vµ biÖt hãa thµnh mét quÇn thÓ lín c¸c t−¬ng bµo s¶n sinh cïng mét lo¹i kh¸ng thÓ. Do qu¸ tr×nh nµy thùc chÊt lµ sù nh©n dßng c¸c t−¬ng bµo s¶n sinh cïng mét lo¹i kh¸ng thÓ nªn cßn ®−îc gäi lµ sù nh©n dßng chän läc tÕ bµo B. Do mçi t−¬ng bµo hoµn thiÖn cã thÓ tæng hîp ®−îc tõ 2000 ®Õn 20.000 kh¸ng thÓ mçi gi©y nªn mçi dßng t−¬ng bµo trong mét c¬ thÓ cã thÓ cung cÊp ®ñ kh¸ng thÓ ®Ó chèng l¹i c¸c thÓ l©y nhiÔm. Sau khi c¸c kh¸ng nguyªn l¹ ®· ®−îc lo¹i khái c¬ thÓ, c¸c tÕ bµo øc chÕ T sÏ göi tÝn hiÖu ®Ó c¸c t−¬ng bµo “ngõng” s¶n sinh c¸c kh¸ng thÓ t−¬ng øng cho ®Õn khi c¬ thÓ bÞ nhiÔm trë l¹i víi cïng lo¹i kh¸ng nguyªn ®ã. Cã mét sè bÖnh di truyÒn liªn quan ®Õn ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch. Trong nh÷ng bÖnh ®ã, cã lÏ nghiªm träng nhÊt lµ bÖnh thiÕu gamma globulin liªn kÕt NST X. BÖnh nh©n m¾c bÖnh nµy kh«ng cã kh¶ n¨ng tæng hîp bÊt cø lo¹i kh¸ng thÓ nµo do thiÕu h¼n c¸c tÕ bµo lympho B; hoÆc ®«i khi cã thÓ cã tÕ bµo B nh−ng nh÷ng tÕ bµo B nµy kh«ng hoµn thiÖn hoÆc kh«ng biÖt hãa ®−îc thµnh c¸c t−¬ng bµo s¶n sinh kh¸ng thÓ. Do bÖnh nµy liªn quan ®Õn sai háng gen trªn NST X nªn phÇn lín bÖnh nh©n lµ nam giíi. C¸c bÖnh nh©n m¾c bÖnh nµy rÊt mÉn c¶m víi c¸c t¸c nh©n g©y bÖnh lµ vi khuÈn vµ nÊm. Nh−ng, nhê hä vÉn cã thÓ cã hÖ thèng bæ thÓ ë c¸c tÕ bµo T b×nh th−êng vµ hÖ thèng miÔn dÞch tÕ bµo (xem d−íi ®©y) vÉn ho¹t ®éng b×nh th−êng, nªn c¬ thÓ ®−îc b¶o vÖ khái c¸c thÓ l©y nhiÔm lµ virut. 9.4. §¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo (®iÒu hßa trung gian bëi tÕ bµo T) Ngoµi hÖ thèng ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch, ®éng vËt cã vó cßn cã mét hÖ thèng b¶o vÖ mang tÝnh ®Æc hiÖu kh¸ng nguyªn thø hai ®−îc gäi lµ hÖ thèng ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo hay ®¸p øng miÔn dÞch ®−îc ®iÒu hßa bëi tÕ bµo T (h×nh 9.7). Nh− tªn gäi cña nã, c¬ chÕ ®¸p øng miÔn dÞch nµy ®−îc ®iÒu hßa qua trung gian tÕ bµo, mµ cô thÓ lµ c¸c tÕ bµo ®éc T. C¸c tÕ bµo ®éc T tÊn c«ng vµ ph¸ hñy c¸c tÕ bµo béc lé c¸c kh¸ng nguyªn ®Æc hiÖu trªn bÒ mÆt tÕ bµo cña chóng. Qua c¬ chÕ ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo, c¸c tÕ bµo ®éc T cã kh¶ n¨ng t×m kiÕm vµ ph¸ hñy c¸c tÕ bµo bÞ l©y nhiÔm bëi virut, vi khuÈn, c¸c t¸c nh©n g©y bÖnh kh¸c vµ mét sè lo¹i tÕ bµo ung th−. C¸c tÕ bµo ®éc T cã c¸c thô thÓ tÕ bµo T (gièng kh¸ng thÓ) trªn bÒ mÆt tÕ bµo cña chóng; nhê nh÷ng thô thÓ nµy, tÕ bµo ®éc T t×m ra c¸c tÕ bµo bÞ l©y nhiÔm mang c¸c kh¸ng nguyªn ®−îc béc lé trªn bÒ mÆt tÕ bµo. C¸c kh¸ng nguyªn ®−îc nhËn biÕt bëi thô thÓ tÕ bµo T th−êng lµ c¸c ®o¹n peptide ®Æc thï cña vi khuÈn vµ virut; chóng ®−îc béc lé trªn bÒ mÆt c¸c tÕ bµo bÞ l©y nhiÔm cïng víi c¸c protein MHC. Gièng nh− ®¸p øng miÔn dÞch thÓ dÞch, ®¸p øng miÔn dÞch tÕ bµo ®−îc b¾t ®Çu ngay khi mét ®¹i thùc bµo “nuèt” vµ ph©n hñy tõng phÇn hîp chÊt l¹ nµo ®ã. C¸c epitop ®−îc t¹o ra do sù ph©n hñy mét phÇn hîp chÊt l¹ ®−îc “béc lé” trªn bÒ mÆt cña ®¹i thùc bµo bëi c¸c protein MHC. C¸c kh¸ng nguyªn sau ®ã ®−îc nhËn ra bëi c¸c tÕ bµo ®éc T vµ c¸c trî bµo T. Lóc nµy c¸c trî bµo T chuyÓn sang tr¹ng th¸i ho¹t hãa vµ thóc ®Èy sù hoµn 276

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng thiÖn c¸c tÕ bµo B vµ T b»ng viÖc tiÕt ra C¸c vi sinh vËt l©y nhiÔm TÕ bµo béc lé mét lo¹t c¸c ph©n tö tÝn hiÖu ®−îc gäi (vÝ dô: virut) kh¸ng nguyªn chung lµ c¸c cytokine, lymphokine vµ interleukin. Khi ®−îc ho¹t hãa, c¸c tÕ TÕ bµo T bµo T sÏ biÖt hãa thµnh c¸c tÕ bµo ®éc T hoµn thiÖn vµ c¸c tÕ bµo nhí T. KÕt hîp Thô thÓ MHC víi c¸c tÕ bµo lympho B, mét “quÇn thÓ” tÕ bµo T Kh¸ng nguyªn c¸c tÕ bµo ®éc T t¹o nªn mét sè l−îng lín thô thÓ tÕ bµo T ®Æc hiÖu kh¸ng Sù nh©n dßng ®−îc béc lé (epitop) nguyªn. Ngoµi ra, khi cã sù liªn kÕt vµ ho¹t hãa gi÷a thô thÓ tÕ bµo T víi kh¸ng nguyªn nhanh c¸c tÕ C¸c hîp chÊt ®Æc hiÖu, mét qu¸ tr×nh nh©n dßng bµo ®éc T vµ cytokine ®−îc tiÕt ra chän läc tÕ bµo T còng diÔn ra gièng c¸c thùc bµo nh− ë c¸c tÕ bµo B trong ®¸p øng miÔn Thô thÓ dÞch thÓ dÞch. cytokine C¸c tÕ bµo ®éc T hoµn thiÖn sÏ g¾n Ph©n gi¶i c¸c tÕ vµo c¸c tÕ bµo ®Ých béc lé kh¸ng nguyªn bµo bÞ l©y nhiÔm vµ tiªu diÖt chóng b»ng mét sè c¬ chÕ H×nh 9.7. §¸p øng miÔn dÞch trung gian tÕ bµo. ph©n hñy tÕ bµo. Ch¼ng h¹n, c¸c tÕ bµo ®éc tiÕt ra mét sè protein gäi lµ c¸c perforin; c¸c protein nµy cã thÓ xen vµo mµng cña c¸c tÕ bµo ®Ých vµ t¹o nªn c¸c lç thñng. Sinh chÊt cña c¸c tÕ bµo ®Ých tho¸t ra ngoµi qua c¸c lç thñng vµ lµm chÕt tÕ bµo. 9.5. Sù ghi nhí cña hÖ miÔn dÞch Khi c¬ thÓ bÞ nhiÔm lÇn ®Çu víi mét kh¸ng nguyªn l¹, hÖ miÔn dÞch th−êng cÇn tõ 7 ®Õn 10 ngµy ®Ó s¶n sinh mét l−îng kh¸ng thÓ ®ñ lín ®Æc hiÖu kh¸ng nguyªn ®ã vµ cÇn 2 - 3 tuÇn ®Ó ®¹t møc tæng hîp kh¸ng thÓ tèi ®a. LÇn ®Çu b¾t gÆp mét kh¸ng nguyªn l¹ th−êng chØ dÉn ®Õn ®¸p øng miÔn dÞch ë møc thÊp, gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch s¬ cÊp (hay nguyªn ph¸t). Trong nh÷ng lÇn c¬ thÓ bÞ nhiÔm trë l¹i víi cïng lo¹i kh¸ng nguyªn (thùc chÊt lµ víi cïng lo¹i t¸c nh©n g©y bÖnh), ®¸p øng miÔn dÞch x¶y ra nhanh h¬n nhiÒu vµ ®−îc gäi lµ ®¸p øng miÔn dÞch thø cÊp (hay thø ph¸t). §iÒu ®¸ng chó ý lµ ®¸p øng miÔn dÞch thø cÊp kh«ng chØ nhanh h¬n mµ l−îng kh¸ng thÓ sinh ra còng nhiÒu h¬n. Së dÜ nh− vËy lµ nhê hÖ miÔn dÞch cã kh¶ n¨ng “ghi nhí” vµ ®©y chÝnh lµ c¬ së cña biÖn ph¸p tiªm phßng v¨cxin rÊt hiÖu qu¶ trong phßng chèng phÇn lín c¸c bÖnh truyÒn nhiÔm. §Õn nay, chóng ta ®· biÕt c¬ së tÕ bµo häc liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng ghi nhí cña hÖ miÔn dÞch nh−ng ch−a biÕt ®Çy ®ñ c¬ së ph©n tö cña nã. C¸c tÕ bµo lympho B vµ T ch−a tõng b¾t gÆp mét kh¸ng nguyªn (ch−a biÖt hãa) ®−îc gäi lµ c¸c tÕ bµo thuÇn khiÕt. Sau khi ®−îc béc lé víi mét lo¹i kh¸ng nguyªn, c¸c tÕ bµo thuÇn khiÕt ®−îc biÖt hãa thµnh hai lo¹i tÕ bµo: c¸c tÕ bµo ghi nhí vµ c¸c tÕ bµo B hoÆc T ho¹t hãa. C¸c tÕ bµo ho¹t hãa sau ®ã ph©n chia nguyªn ph©n nhiÒu lÇn liªn tiÕp vµ tiÕp tôc biÖt hãa t−¬ng øng thµnh c¸c t−¬ng bµo sinh kh¸ng thÓ vµ c¸c tÕ bµo T sinh thô thÓ. 277

§inh §oµn Long Kh«ng gièng c¸c t−¬ng bµo hay tÕ bµo ®éc T vèn chØ tån t¹i vµi ngµy ®Õn mét tuÇn, c¸c tÕ bµo ghi nhí cã thêi gian sèng rÊt dµi (tõ vµi th¸ng ®Õn vµi n¨m). Ngoµi ra, c¸c tÕ bµo ghi nhí B vµ T th−êng lu«n ë tr¹ng th¸i ho¹t hãa. V× vËy, chóng cã thÓ ph¸t triÓn t−¬ng øng thµnh t−¬ng bµo sinh kh¸ng thÓ vµ c¸c tÕ bµo ®éc T sinh thô thÓ ngay khi c¬ thÓ bÞ l©y nhiÔm trë l¹i víi cïng lo¹i kh¸ng nguyªn. Lóc nµy, c¸c tÕ bµo nhí B vµ T sÏ ®−îc kÝch ho¹t ®Ó ph©n chia vµ biÖt hãa thµnh c¸c t−¬ng bµo vµ c¸c tÕ bµo ®éc T t−¬ng øng. Nhê vËy, ®¸p øng miÔn dÞch thø cÊp trë nªn rÊt nhanh vµ kÕt qu¶ lµ mét l−îng lín c¸c t−¬ng bµo vµ tÕ bµo ®éc T ®−îc t¹o ra víi mËt ®é lín trong thêi gian ng¾n. 9.6. Sù s¾p xÕp l¹i hÖ gen trong qu¸ tr×nh biÖt hãa tÕ bµo lympho B VÒ mÆt di truyÒn häc, ®iÓm ®¸ng chó ý nhÊt cña hÖ miÔn dÞch lµ c¸ch c¬ thÓ tæng hîp c¸c kh¸ng thÓ ®Æc thï víi mçi lo¹i kh¸ng nguyªn vèn cã møc ®é ®a d¹ng d−êng nh− kh«ng giíi h¹n. Mét c©u hái ®Æt ra lµ: b»ng c¸ch nµo hÖ gen ng−êi cã thÓ l÷u gi÷ mét l−îng th«ng tin di truyÒn ®ñ lín ®Ó cã thÓ m· hãa cho tÊt c¶ c¸c lo¹i kh¸ng thÓ? C©u tr¶ lêi lµ nhê c¬ chÕ “s¾p xÕp l¹i hÖ gen” trong qu¸ tr×nh biÖt hãa c¸c tÕ bµo cña hÖ miÔn dÞch. Trong hÖ gen, th«ng tin di truyÒn (trªn ADN) m· hãa cho c¸c chuçi nÆng vµ nhÑ cña kh¸ng thÓ ®−îc l−u gi÷ thµnh c¸c ph©n ®o¹n nhá; nh÷ng ph©n ®o¹n nµy cã thÓ tæ hîp theo c¸c c¸ch kh¸c nhau thµnh c¸c tr×nh tù phï hîp trong qu¸ tr×nh biÖt hãa c¸c tÕ bµo s¶n sinh kh¸ng thÓ. TÕ bµo gèc chøa ®Çy ®ñ th«ng tin di truyÒn m· hãa cho tÊt c¶ c¸c lo¹i kh¸ng thÓ, nh−ng ë d¹ng c¸c ph©n ®o¹n. Trong qu¸ tr×nh tÕ bµo gèc biÖt hãa thµnh c¸c tÕ bµo lympho B vµ t−¬ng bµo ë tñy x−¬ng, c¸c ph©n ®o¹n gen ®−îc “c¾t” vµ “l¾p ghÐp” l¹i víi nhau thµnh c¸c gen m· hãa tõng lo¹i kh¸ng thÓ. Trong qu¸ tr×nh t¸i s¾p xÕp hÖ gen nh− vËy, c¸c ph©n ®o¹n gen ®−îc nèi víi nhau theo kiÓu t¸i tæ hîp, trong khi c¸c ph©n ®o¹n ADN ë gi÷a ®−îc c¾t bá mét c¸ch ®Æc thï t−¬ng øng víi tõng lo¹i kh¸ng nguyªn. Nh×n chung, c¸c gen m· hãa c¸c chuçi nhÑ lambda, chuçi nhÑ kappa còng nh− c¸c chuçi nÆng ®Òu ®−îc “c¾t” vµ “t¸i tæ hîp” theo c¬ chÕ gièng nhau. §iÓm kh¸c biÖt c¬ b¶n nhÊt lµ sè ph©n ®o¹n ADN ®−îc dïng ®Ó tæ hîp nªn c¸c gen m· hãa cho c¸c chuçi nµy t−¬ng øng lµ 2 (chuçi nhÑ lambda), 3 (chuçi nhÑ kappa) vµ 4 (chuçi nÆng). Ngoµi ra, côm c¸c locut gen m· hãa c¸c chuçi lambda, kappa vµ chuçi nÆng t−¬ng øng n»m trªn ba NST kh¸c nhau ë ng−êi, lµ c¸c NST sè 22, 2 vµ 14. §iÒu nµy cho thÊy, sù l¾p r¸p cña c¸c gen m· hãa c¸c chuçi lambda, kappa vµ c¸c chuçi nÆng diÔn ra ®éc lËp víi nhau. 9.6.1. C¸c gen m· hãa chuçi nhÑ lambda (λ) ®−îc r¸p nèi tõ hai ph©n ®o¹n gen ë c¸c tÕ bµo gèc, c¸c tr×nh tù ADN m· hãa cho c¸c chuçi nhÑ λ gåm hai ph©n ®o¹n kh¸c nhau (h×nh 9.8a). Ph©n ®o¹n thø nhÊt ®−îc gäi lµ LλVλ m· hãa cho hai ®o¹n tr×nh tù polypeptide. Tr×nh tù thø nhÊt lµ ®o¹n polypeptide ®Çu N kÞ n−íc, gäi lµ ®o¹n dÉn ®Çu (kÝ hiÖu lµ Lλ); ®o¹n nµy ®−îc c¾t bá khi chuçi λ sau dÞch m· ®i qua m¹ng l−íi néi chÊt. Tr×nh tù thø hai lµ vïng biÕn ®æi (kÝ hiÖu Vλ) gåm 97 axit amin ®Çu tiªn ë ®Çu N cña chuçi nhÑ lambda (sau khi Lλ ®· ®−îc c¾t bá). Ph©n ®o¹n thø hai ®−îc gäi lµ JλCλ, m· hãa cho hai tr×nh tù, ®−îc gäi lµ tr×nh tù kÕt nèi (Jλ) vµ tr×nh tù vïng æn ®Þnh ®Çu C cña chuçi nhÑ lambda (Cλ). Jλ m· hãa cho ®o¹n polypeptide gåm 13 - 15 axit amin tËn cïng thuéc vïng biÕn ®æi cña chuçi lambda. Gen m· hãa chuçi nhÑ λ hoµn chØnh ®−îc l¾p r¸p b»ng viÖc “c¾t vµ nèi” mét ph©n ®o¹n LλVλ víi ph©n ®o¹n gen JλVλ (trªn NST sè 22), ®ång thêi c¾t bá ®o¹n tr×nh tù ë gi÷a. Sù c¾t - nèi gen nh− vËy x¶y ra trong qu¸ tr×nh biÖt hãa tÕ bµo lympho B. Qu¸ tr×nh l¾p r¸p c¸c gen ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng c¸c sù kiÖn t¸i tæ hîp dùa trªn c¸c tr×nh tù ADN ®Æc thï thuéc c¸c locut gen m· hãa c¸c chuçi immunoglobulin cña kh¸ng thÓ. 278

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng ë ng−êi, mçi tÕ bµo gèc cã kho¶ng 300 ph©n ®o¹n LλVλ kh¸c nhau (mét sè kh«ng cßn ho¹t ®éng) n»m gÇn t©m ®éng cña NST sè 22, ®ång thêi cã 9 ph©n ®o¹n JλCλ (Ýt nhÊt cã 6 ph©n ®o¹n ho¹t ®éng) còng n»m trªn NST sè 22 nh−ng xa t©m ®éng h¬n. Trong qu¸ tr×nh biÖt hãa tÕ bµo lympho B, mét ph©n ®o¹n LλVλ ®−îc nèi víi mét ph©n ®o¹n JλCλ vµ c¾t bá ®o¹n ADN n»m gi÷a. Mçi ph©n ®o¹n LλVλ ®Òu cã thÓ nèi víi mét ph©n ®o¹n JλCλ theo tæ hîp bÊt kú. Tæ hîp gen míi h×nh thµnh (LλVλJλCλ) ban ®Çu cã hai intron; mét intron cã kÝch th−íc 93 bp n»m gi÷a hai exon m· hãa Lλ vµ Vλ; cßn intron thø hai dµi 1200 bp n»m gi÷a c¸c exon m· hãa Jλ vµ Cλ. Hai intron nµy ®−îc c¾t bá khái tiÒn-mARN trong qu¸ tr×nh hoµn thiÖn mARN m· hãa kh¸ng thÓ gièng nh− hÇu hÕt c¸c mARN kh¸c ë eukaryote. a) C¸c gen m hãa chuçi nhÑ lambda (λ), n = 300 L Vλ1 L Vλ2 L Vλn Jλ1 Cλ1 Jλ2 Cλ2 Jλ3 Cλ3 Jλ4 Cλ4 E E EE PP P D DD b) C¸c gen m hãa chuçi nhÑ kappa (κ), n = 300 L Vκ1 L Vκ2 L Vkn Jκ1 Jκ2 Jκ3 Jκ4 Jκ5 Cκ PP PE S¾p xÕp l¹i c¸c gen trong tÕ bµo lympho B L V1 V2J4 J5 C ADN tÕ bµo lympho B Phiªn m· TiÒn-mARN Hoµn thiÖn mARN mARN hoµn thiÖn DÞch m· Protein chuçi nhÑ (L) tiÒn th©n L V JC Hoµn thiÖn protein (c¾t bá ®o¹n dÉn ®Çu vµ glycosyl hãa) Protein chuçi nhÑ (L) V J C H×nh 9.8. Sù t¸i tæ hîp ADN trong qu¸ tr×nh biÖt hãa tÕ bµo lympho B vµ sù dÞch m protein chuçi nhÑ (λ hoÆc κ) cña kh¸ng thÓ. Mét sè ch÷ viÕt t¾t trªn h×nh: P lµ promoter, E lµ tr×nh tù t¨ng c−êng (enhancer). C¸c gen m· hãa chuçi nhÑ JλCλ cã 9 ph©n ®o¹n; trªn h×nh (a) chØ minh häa 4 ph©n ®o¹n JλCλ ®Çu tiªn. 9.6.2. C¸c gen m· hãa chuçi nhÑ kappa (κ) ®−îc r¸p nèi tõ ba ph©n ®o¹n gen ViÖc tæng hîp c¸c chuçi κ ®−îc ®iÒu khiÓn bëi ba ph©n ®o¹n gen, ®ã lµ (1) ph©n ®o¹n LκVκ m· hãa ®o¹n polypeptide dÉn ®Çu (Lκ) vµ ®o¹n 95 axit amin tËn cïng ®Çu N cña vïng biÕn ®æi (Vκ), (2) ph©n ®o¹n Jκ m· hãa cho chuçi 13 axit amin cña vïng biÕn ®æi, (3) ph©n ®o¹n Cκ m· hãa cho vïng æn ®Þnh ®Çu C cña chuçi κ. ë ng−êi, NST sè 2 chøa 300 ph©n ®o¹n gen LκVκ kh¸c nhau (mét sè cã thÓ kh«ng cßn ho¹t ®éng), 5 ph©n ®o¹n gen Jκ vµ mét ph©n ®o¹n Cκ duy nhÊt. C¸c ph©n ®o¹n Jk n»m gi÷a c¸c ph©n ®o¹n LκVκ vµ Cκ (h×nh 9.8b). 279

§inh §oµn Long Trong c¸c tÕ bµo gèc, 5 ph©n ®o¹n Jk ®−îc ng¨n c¸ch víi c¸c ph©n ®o¹n LkVk bëi mét ®o¹n tr×nh tù ADN dµi kh«ng m· hãa n»m xu«i dßng, c¸ch biÖt víi ph©n ®o¹n Cκ bëi mét tr×nh tù ng−îc dßng kh«ng m· hãa dµi kho¶ng 2000 bp. Trong qu¸ tr×nh biÖt hãa tÕ bµo B, gen m· hãa chuçi nhÑ λ cã thÓ ®−îc h×nh thµnh tõ mét tæ hîp bÊt kú cña mét ph©n ®o¹n LkVk víi mét ph©n ®o¹n Jk vµ ph©n ®o¹n Ck duy nhÊt. Trong qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp ADN nh− vËy, bÊt kú mét ph©n ®o¹n LkVk nµo trong sè 300 ph©n ®o¹n LkVk cã trong tÕ bµo ®Òu cã thÓ nèi víi bÊt kú mét trong n¨m ph©n ®o¹n Jk vµ c¾t bá ®o¹n tr×nh tù ADN n»m gi÷a ®Ó t¹o nªn gen dung hîp LkVkJk m· hãa cho toµn bé vïng biÕn ®æi cña chuçi nhÑ κ. Vïng kh«ng m· hãa n»m gi÷a c¸c ph©n ®o¹n Jk vµ Ck (tøc lµ ph©n ®o¹n n»m gi÷a gen dung hîp LkVkJk vµ Ck) ®−îc duy tr× trong cÊu tróc ADN cña c¸c t−¬ng bµo. Tr×nh tù ADN ®Çy ®ñ nµy (LkVkJk - ®o¹n kh«ng m· hãa - Ck) sau ®ã sÏ ®−îc phiªn m· vµ ®o¹n kh«ng m· hãa sÏ ®−îc c¾t bá trong qu¸ tr×nh hoµn thiÖn mARN sau phiªn m· gièng nh− mét intron. Ph©n tö mARN hoµn thiÖn sÏ ®−îc dïng ®Ó dÞch m· vµ ®o¹n polypeptide dÉn ®Çu (Lκ) ®−îc c¾t khái chuçi κ khi nã ®−îc vËn chuyÓn qua m¹ng l−íi néi chÊt. a) Locut gen m hãa chuçi nÆng trªn NST sè 14 L VH1 L VH2 L VHn D1 D2 D2 Dn JH1 JH2 JH3 JH4 JH5 E PP P Cµ Cδ Cγ3 Cγ1 Cγ2 Cγ4 Cε Cα1 Cα2 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 C¸c intron ph©n t¸ch c¸c exon(vÝ dô : CH1-5) m· hãa vïng C cña chuçi nÆng b) S¾p xÕp l¹i hÖ gen trong qu¸ tr×nh biÖt hãa tÕ bµo lympho B Nèi ®o¹n V-D-J ADN c) Sù biÓu hiÖn gen m hãa chuçi nÆng trong t−¬ng bµo TiÒn - mARN Hoµn thiÖn mARN mARN hoµn thiÖn DÞch m· Protein chuçi nÆng (H) tiÒn th©n Hoµn thiÖn protein (c¾t bá ®o¹n dÉn ®Çu vµ glycosyl hãa) Protein chuçi nÆng (H) H×nh 9.9. Sù t¸i tæ hîp c¸c gen m hãa chuçi nÆng cña kh¸ng thÓ vµ sù biÓu hiÖn chóng trong tÕ bµo B. Mét sè ch÷ viÕt t¾t: P lµ promoter, E lµ tr×nh tù t¨ng c−êng (enhancer). C¸c kÝ hiÖu kh¸c ®−îc gi¶i thÝch trong bµi. 280

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng 9.6.3. C¸c gen m· hãa chuçi nÆng ®−îc r¸p nèi tõ bèn ph©n ®o¹n gen Th«ng tin di truyÒn m· hãa cho c¸c chuçi nÆng cña kh¸ng thÓ ®−îc tæ chøc thµnh 4 ph©n ®o¹n gen, gåm LHVH, JH, CH (3 ph©n ®o¹n nµy cã tæ chøc gièng víi c¸c locut gen m· hãa chuçi nhÑ κ) vµ ph©n ®o¹n thø t− lµ D (ph©n ®o¹n nµy m· hãa cho chuçi ®o¹n peptide gåm 2 - 13 axit amin thuéc vïng biÕn ®æi). Nh− vËy, vïng biÕn ®æi cña chuçi nÆng ®−îc m· hãa bëi ba ph©n ®o¹n t¸ch biÖt lµ LHVH, JH, vµ D. C¸c ph©n ®o¹n nµy ®−îc nèi víi nhau trong qu¸ tr×nh biÖt hãa cña tÕ bµo B. Ngoµi ra, cßn cã tõ 1 ®Õn 4 ph©n ®o¹n CH ë mçi líp Ig. ë ng−êi, trªn NST sè 14 cã 9 ph©n ®o¹n gen CH, ®−îc kÝ hiÖu theo thø tù lµ CHµ, CHδ, CHγ3, CHγ1, CHα1, CHγ2, CHγ4, CHε, vµ CHα2. Ngoµi ra, trªn vïng 957 Kb cña NST nµy cßn cã 123 ph©n ®o¹n LHVH kh¸c nhau (nh−ng d−êng nh− chØ cã 39 ph©n ®o¹n cßn ho¹t ®éng; cßn l¹i lµ c¸c gen gi¶). Trªn c¸c NST sè 15 vµ 16 còng cã mét sè ph©n ®o¹n LHVH, nh−ng cã vÎ chóng kh«ng ho¹t ®éng. NST sè 14 ®ång thêi cßn cã 27 ph©n ®o¹n D kh¸c nhau, trong ®ã cã 25 ph©n ®o¹n cßn ho¹t ®éng vµ 2 ph©n ®o¹n kh«ng ho¹t ®éng, cïng víi 6 ph©n ®o¹n JH (h×nh 9.9). Trong qu¸ tr×nh biÖt hãa tÕ bµo B, sù t¸i tæ hîp c¸c gen trong tÕ bµo soma tiÕn hµnh b»ng viÖc ghÐp nèi mét ph©n ®o¹n LHVH víi mét ph©n ®o¹n D vµ mét ph©n ®o¹n JH, ®ång thêi c¾t bá hai ®o¹n ADN n»m gi÷a chóng ®Ó h×nh thµnh nªn mét tr×nh tù ADN liªn tôc (LHVHDJH) m· hãa cho toµn bé vïng biÕn ®æi cña chuçi nÆng. 9.6.4. Sù t¸i tæ hîp c¸c gen trong qu¸ tr×nh biÖt hãa c¸c tÕ bµo sinh kh¸ng thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn bëi c¸c \"tÝn hiÖu\" trªn ADN Mét c©u hái ®Æt ra lµ: §o¹n ADN §o¹n ADN kh«ng m· hãa C¸c tr×nh tù b»ng c¸ch nµo hÖ gen ®iÒu tÝn hiÖu kÕt khiÓn ®−îc c¸c b−íc t¸i tæ hîp m· hãa TÝn hiÖu 7 bp TÝn hiÖu 9 bp nèi V-D ADN ®Ó ®¶m b¶o mét ph©n ®o¹n V lu«n nèi vµo mét ph©n ADN V §o¹n ADN ®Öm ®o¹n J chø kh«ng nèi víi mét §o¹n ADN m· hãa ph©n ®o¹n V kh¸c hoÆc nèi trùc tiÕp víi ph©n ®o¹n C? Trong §o¹n ADN kh«ng m· hãa thùc tÕ, c¸c qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp nµy ®−îc ®iÒu khiÓn bëi c¸c ADN ®Öm D ADN ®Öm tr×nh tù tÝn hiÖu kÕt nèi lµ V-D vµ D-J (h×nh 9.10). C¸c tÝn hiÖu J t¸i tæ hîp gièng nhau ®−îc t×m thÊy ë vïng biªn cña tÊt c¶ c¸c T¸i tæ hîp ADN T¸i tæ hîp ADN ph©n ®o¹n gen V. T−¬ng tù nh− vËy, tÊt c¶ c¸c ph©n ®o¹n J ®Òu V DJ DJ DJ cã tÝn hiÖu t¸i tæ hîp gièng nhau; tuy nhiªn, c¸c tÝn hiÖu t¸i Nèi ®o¹n D víi ®o¹n tæ hîp cña J kh¸c víi tÝn hiÖu t¸i tæ hîp cña V. C¸c ph©n ®o¹n J D vµ C còng cã c¸c tr×nh tù tÝn hiÖu ®Æc thï cña chóng. Nèi ®o¹n V víi ®o¹n D-J V DJ C¸c tÝn hiÖu t¸i tæ hîp ®iÒu khiÓn sù kÕt nèi V-D vµ D- H×nh 9.10. C¸c tr×nh tù ADN lµ tÝn hiÖu nhËn biÕt trong qu¸ tr×nh J cã chiÒu dµi 7 bp vµ 9 bp n»m t¸i tæ hîp c¸c ph©n ®o¹n V, D vµ J cña gen m hãa chuçi nÆng. c¸ch biÖt bëi c¸c ®o¹n ADN ®Öm 281

§inh §oµn Long cã chiÒu dµi kh¸c nhau nh−ng rÊt ®Æc thï. §Ó kÕt nèi D víi J, ®o¹n tr×nh tù ®Öm trong ®o¹n tÝn hiÖu t¸i tæ hîp cña D dµi 12 bp, trong khi ®o¹n nµy ë ®o¹n tÝn hiÖu t¸i tæ hîp J dµi 23 bp. C¸c tÝn hiÖu dµi 7 bp vµ 9 bp kÓ trªn n»m xu«i dßng ph©n ®o¹n V cã tr×nh tù bæ sung víi c¸c tr×nh tù tÝn hiÖu cã mÆt ë c¶ hai phÝa cña ph©n ®o¹n J. Sù kÕt nèi gi÷a ph©n ®o¹n D víi ph©n ®o¹n J chØ diÔn ra khi mét tr×nh tù tÝn hiÖu mang ®o¹n ADN ®Öm 12 bp vµ tr×nh tù tÝn hiÖu cßn l¹i mang ®o¹n ADN ®Öm 23 bp. §©y lµ ®iÒu kiÖn ®Ó mét phøc hÖ protein cã tªn lµ RAG1/RAG2 (kh«ng vÏ trªn h×nh) cã thÓ liªn kÕt vµo ADN vµ thùc hiÖn chøc n¨ng \"c¾t nèi\" cña chóng. Ho¹t ®éng \"c¾t nèi\" cña RAG1/RAG2 b¾t ®Çu khi RAG1 nhËn ra hai tr×nh tù tÝn hiÖu 7 bp vµ 9 bp vµ liªn kÕt vµo. TiÕp theo ®ã, RAG2 g¾n kÕt víi RAG1 vµ phøc hÖ hai protein nµy trë nªn cã ho¹t tÝnh cña mét endonuclease ®Ó c¾t ®o¹n tr×nh tù ADN n»m gi÷a hai ph©n ®o¹n D vµ J hoÆc gi÷a V vµ D-J. Ho¹t ®éng kÕt nèi gi÷a ph©n ®o¹n J vµ C còng diÔn ra theo nguyªn t¾c t−¬ng tù. Sau ho¹t ®éng kÕt nèi gi÷a c¸c ph©n ®o¹n ®−îc thùc hiÖn bëi phøc hÖ RAG1/RAG2, cã mét sè protein tham gia ho¹t ®éng chØnh söa ADN. Mét trong nh÷ng protein nµy lµ artemis. NÕu thiÕu hôt protein nµy sÏ g©y nªn héi chøng suy gi¶m miÔn dÞch nghiªm träng kÕt hîp mÉn c¶m chiÕu x¹ RS-SCID (radiation-sensitive severe combined immunodeficiency disease). 9.6.5. Sù ®a d¹ng cña kh¸ng thÓ do tÝnh ®a d¹ng vÞ trÝ g¾n kÕt c¸c ph©n ®o¹n gen m· hãa kh¸ng thÓ vµ kh¶ n¨ng siªu ®ét biÕn cña chóng Sù ®a d¹ng vÒ c¸c lo¹i kh¸ng thÓ ®−îc t¹o ra bëi sù tæ hîp kh¸c nhau gi÷a c¸c ph©n ®o¹n m· hãa c¸c phÇn thuéc chuçi nÆng vµ chuçi nhÑ cña kh¸ng thÓ. Ch¼ng h¹n, tõ 300 ph©n ®o¹n LκVκ vµ 5 ph©n ®o¹n Jκ cã thÓ t¹o ra 1500 lo¹i ®o¹n gen dung hîp LκVκJκ kh¸c nhau. T−¬ng tù nh− vËy, tõ 300 ph©n ®o¹n LλVλ vµ 6 ph©n ®o¹n JλCλ cã thÓ t¹o ra 1800 lo¹i chuçi nhÑ lambda kh¸c nhau. Vïng biÕn ®æi cña chuçi nÆng ®−îc t¨ng thªm tÝnh ®a d¹ng bëi cã nhiÒu ph©n ®o¹n D kh¸c nhau. Gi¶ sö, nÕu cã 40 ph©n ®o¹n VH ho¹t ®éng, 25 ph©n ®o¹n D vµ 6 ph©n ®o¹n JH ë c¸c tÕ bµo gèc m¸u ë ng−êi, th× cã thÓ t¹o ra 6000 lo¹i vïng biÕn ®æi cña chuçi nÆng kh¸c nhau. Tõ 3300 (= 1500+1800) lo¹i chuçi nhÑ vµ 6000 lo¹i chuçi nÆng, cã thÓ cã (3300 x 6000 =) TÝn hiÖu nhËn biÕt 7 bp G ≡C 19.800.000 lo¹i kh¸ng thÓ kh¸c nhau ®−îc t¹o ra T=A theo nguyªn t¾c tæ hîp ngÉu nhiªn. Tuy nhiªn, c¸c G≡C nghiªn cøu cßn cho thÊy, sù ®a d¹ng cña c¸c kh¸ng A=T thÓ cßn lín h¬n nhiÒu do mét sè c¬ chÕ kh¸c n÷a. C≡G A=T Mét trong nh÷ng c¬ chÕ ®ã lµ sù thay ®æi c¸c V 5’– C–C –T– C–C -C≡G –G– T–G -G–3’ J 1 2 34 vÞ trÝ t¸i tæ hîp. Mét vÝ dô vÒ c¬ chÕ nµy ®−îc minh häa trªn h×nh 9.11. Ngoµi c¬ chÕ thay ®æi vÞ trÝ t¸i tæ 1 V 5’– C–C –T– T–G -G–3’ J hîp, mét c¬ chÕ kh¸c lµm t¨ng sù ®a d¹ng cña c¸c kh¸ng thÓ lµ tÇn sè ®ét biÕn tÕ bµo soma cao Pro Trp trong c¸c tr×nh tù ADN m· hãa vïng biÕn ®æi cña c¸c chuçi nÆng vµ nhÑ cña kh¸ng thÓ. Do nh÷ng vïng 2 V 5’– C–C –T– C–G -G–3’ J nµy cã tÇn sè ®ét biÕn rÊt cao nªn chóng ®−îc gäi lµ vïng siªu ®ét biÕn ë tÕ bµo soma. §Õn nay, c¬ chÕ Pro Arg \"siªu ®ét biÕn\" cßn ch−a râ (mét sè nghiªn cøu cho 3 V 5’– C–C –T– C–C -G–3’ J thÊy chóng cã liªn quan ®Õn c¸c c¬ chÕ söa ch÷a Pro Pro 4 V 5’– C–C –T– C–C -C–3’ J Pro Pro Sè thø tù axit amin 95 96 ADN kiÓu kÕt cÆp sai - MMR). H×nh 9.11. TÝnh ®a d¹ng cña kh¸ng thÓ t¨ng lªn nhê thay ®æi vÞ trÝ t¸i tæ hîp. Kh¶ n¨ng siªu ®ét biÕn ë c¸c vïng m· hãa vÞ trÝ VÝ dô nµy ë ®o¹n nèi Vκ - Jκ ë chuét (cã liªn kÕt kh¸ng nguyªn cña kh¸ng thÓ cã vai trß quan 4 vÞ trÝ \"c¾t - nèi\" kh¸c nhau, kÝ hiÖu 1-4). 282

Ch−¬ng 9. §iÒu hoµ gen hÖ miÔn dÞch ë ®éng vËt cã x−¬ng sèng träng. NÕu kh«ng cã kh¶ n¨ng nµy, sù ®a d¹ng cña kh¸ng thÓ chØ ®¬n thuÇn phô thuéc vµo sù t¸i tæ hîp ADN trong qu¸ tr×nh biÖt hãa c¸c tÕ bµo thuéc hÖ miÔn dÞch. Trong khi ®ã, virut vµ t¸c nh©n g©y bÖnh vèn cã thÓ biÕn ®æi kh«ng ngõng ®· t¹o nªn v« sè c¸c d¹ng x¸c ®Þnh kh¸ng nguyªn kh¸c nhau. §Ó cã hÖ thèng phßng thñ ®ñ m¹nh chèng l¹i nh÷ng biÕn ®æi nµy, c¸c gen m· hãa kh¸ng thÓ ®−îc trang bÞ mét c¬ chÕ bæ sung lµ kh¶ n¨ng siªu ®ét biÕn. Nhê vËy c¬ thÓ cã thÓ ®¸p øng ®−îc c¸c lo¹i kh¸ng nguyªn míi xuÊt hiÖn sau nµy. 9.7. Sù chuyÓn ®æi líp kh¸ng thÓ Vµo thêi ®iÓm mµ sù tæng hîp c¸c kh¸ng thÓ b¾t ®Çu diÔn ra ë c¸c tÕ bµo lympho B ®ang biÖt hãa, th× hÖ gen cã ®Çy ®ñ c¸c ph©n ®o¹n CH n»m c¸ch biÖt khái ph©n ®o¹n ADN dung hîp LHVHDJH (h×nh 9.12). Do líp kh¸ng thÓ ®−îc qui ®Þnh bëi tr×nh tù m· hãa vïng æn ®Þnh (CH) gÇn ph©n ®o¹n LHVHDJH nhÊt nªn líp kh¸ng thÓ ®Çu tiªn ®−îc s¶n sinh nh»m ®¸p øng mét kh¸ng nguyªn míi lu«n lµ IgM (s¶n phÈm cña ph©n ®o¹n CHµ). Tuy nhiªn, sau ®ã c¸c t−¬ng bµo b¾t ®Çu t¹o ra c¸c líp kh¸ng thÓ kh¸c (mang mét trong c¸c chuçi nÆng IgD, IgG, IgE vµ IgA). Qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi lµ sù chuyÓn ®æi líp kh¸ng thÓ. Sù chuyÓn ®æi líp kh¸ng thÓ ban ®Çu diÔn IgM IgD IgG IgE IgA ra khi mét sè t−¬ng bµo nhÊt ®Þnh cã thÓ ®ång thêi t¹o ra c¶ hai lo¹i kh¸ng thÓ lµ IgM vµ IgD. LHVHDJH CH TÕ bµo B s¶n sinh §iÓm ®¸ng l−u ý lµ hai lo¹i kh¸ng thÓ nµy chØ ChuyÓn ®æi thµnh kh¸ng thÓ IgM kh¸c nhau ë vïng ®¸p øng miÔn dÞch (vïng æn líp kh¸ng thÓ IgG ®Þnh ®Çu C), cßn gièng nhau ë vïng liªn kÕt kh¸ng nguyªn (do ®Òu lµ kÕt qu¶ dung hîp gi÷a IgG IgE IgA c¸c ph©n ®o¹n VκJκ hoÆc VλJλ víi c¸c ph©n ®o¹n ChuyÓn ®æi thµnh T−¬ngbµo s¶n sinh VHDJH cïng lo¹i). ë c¸c tÕ bµo nµy, mét tiÒn- líp kh¸ng thÓ IgE kh¸ng thÓ IgG mARN duy nhÊt bao gåm c¶ hai ®o¹n CHµ vµ CHδ ®−îc h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh phiªn m·. IgE IgA T−¬ngbµo s¶n sinh Trong giai ®o¹n hoµn thiÖn mARN, tr×nh tù kh¸ng thÓ IgE VHDJH ®−îc ghÐp nèi hoÆc víi CHµ hoÆc víi CHδ ChuyÓn ®æi thµnh t¹o nªn hai lo¹i mARN hoµn thiÖn kh¸c nhau. líp kh¸ng thÓ IgE T−¬ngbµo s¶n sinh KÕt qu¶ lµ, c¶ hai lo¹i kh¸ng thÓ ®Òu ®−îc t¹o ra kh¸ng thÓ IgA trong cïng tÕ bµo. IgA ë c¸c t−¬ng bµo kh¸c, sù chuyÓn ®æi líp H×nh 9.12. Sù chuyÓn ®æi c¸c líp kh¸ng thÓ theo c¬ chÕ t¸i tæ hîp ADN ë tÕ bµo soma. kh¸ng thÓ lµ tõ IgM sang IgG, IgE vµ IgA. KiÓu Líp kh¸ng thÓ ®−îc x¸c ®Þnh bëi tr×nh tù m· hãa vïng æn ®Þnh cña chuçi nÆng (CH) ë gÇn ph©n chuyÓn líp kh¸ng thÓ nµy còng do sù t¸i tæ hîp ®o¹n LHVHDJH nhÊt. Do vËy, líp kh¸ng thÓ ®Çu tiªn ®−îc s¶n sinh ®Ó ®¸p øng víi mét kh¸ng hÖ gen theo kiÓu c¾t bá c¸c ph©n ®o¹n CH n»m nguyªn míi lu«n lµ IgM. Sù chuyÓn ®æi líp kh¸ng gÇn ®o¹n LHVHDJH nhÊt. Líp kh¸ng thÓ ®−îc t¹o thÓ lµ do sù c¾t bá c¸c ®o¹n tr×nh tù n»m gi÷a ra sau mçi lÇn t¸i tæ hîp ®−îc qui ®Þnh bëi ph©n ph©n ®o¹n J vµ c¸c ph©n ®o¹n CH kh¸c lo¹i. ®o¹n CH cßn l¹i n»m gÇn ph©n ®o¹n LHVHDJH h¬n c¶. 9.8. Sù t¸i tæ hîp ë c¸c gen m· hãa thô thÓ tÕ bµo T Gièng nh− c¸c chuçi nÆng cña kh¸ng thÓ, hai chuçi polypeptide cña thô thÓ tÕ bµo T ®−îc m· hãa bëi c¸c ph©n ®o¹n L-V, D, J vµ C. Vïng biÕn ®æi cña thô thÓ tÕ bµo T ®−îc m· hãa bëi nhiÒu lo¹i ph©n ®o¹n L-V, D vµ J kh¸c nhau; trong khi vïng æn ®Þnh ®−îc m· hãa bëi mét sè Ýt c¸c ph©n ®o¹n C. C¸c gen m· hãa thô thÓ tÕ bµo T ®−îc r¸p nèi b»ng 283