Sự phát sinh ung thư: Lý thuyết gen ung thư và sự tiến hóa theo dòng của các tế bào ung thư trên cơ sở thuyết tiến hóa của Đacuyn

Cỏc cụng cụ nghiờn cứu và phõn tớch di truyền về ung thư đó chỉ ra rằng sự phỏt sinh ung thư gắn liền với sự biến đổi hoặc về cấu trỳc hoặc về mức biểu hiện của những gen đặc thự, đồng t

SỰ PHÁT SINH UNG THƯ: LÝ THUYẾT GEN UNG THƯ VÀ SỰ TIẾN HĨA THEO DỊNG CỦA CÁC TẾ BÀO UNG THƯ TRÊN CƠ SỞ THUYẾT TIẾN HÓA CỦA ĐAC-UYN PGS.TS ĐINH ĐỒN LONG Chủ nhiệm Bộ mơn Y Dược học Cơ sở, Khoa Y Dược, ĐHQGHN Lý thuyết gen ung thư Cơ thể người cấu thành từ nhiều loại mô tế bào khác Bệnh ung thư phát sinh từ tất mơ tế bào Trong thực tế, thuật ngữ “ung thư” dùng chung để nhóm bệnh đa dạng người; số đó, vài bệnh đơn gây nên rắc rối nhỏ sinh lý, phần lớn gây nên rối loạn sinh lý nghiêm trọng Các bệnh ung thư phổ biến người bệnh ung thư biểu mô (carcinoma) phát sinh từ tế bào biểu mô bao phủ bề mặt thể, bề mặt xoang hay tuyến thể, da, niêm mạc hệ hơ hấp, ống tiêu hố, hệ thống ống tuyến … Các bệnh ung thư mô liên kết (sarcoma) phát sinh từ tế bào trung mô Các khối u hắc tố, ung thư võng mạc, ung thư thần kinh u não tương ứng phát sinh từ tế bào phân chia mạnh thuộc da, võng mạc, tế bào thần kinh đệm nơron Ung thư bạch huyết bạch cầu, đơi cịn gọi khối u dạng lỏng, bắt nguồn từ mô tạo máu bạch huyết Tất bệnh gọi chung “ung thư”; giản lược thuật ngữ cho nhiều bệnh ung thư khác chúng có nguyên chung di truyền học Sự phát sinh bệnh ung thư biến đổi gen Phát biểu có phần đơn giản gây ngạc nhiên biểu vốn phức tạp bệnh ung thư Trong thực tế, phát sinh bệnh ung thư liên quan đến nhiều yếu tố biểu lâm sàng chúng vơ đa dạng Song, ln có tảng di truyền học giống sau tất biểu phức tạp Các cơng cụ nghiên cứu phân tích di truyền ung thư phát sinh ung thư gắn liền với biến đổi cấu trúc mức biểu gen đặc thù, đồng thời cho thấy cách mà biến đổi di truyền làm phát sinh khối u từ mơ hay tế bào bình thường Những nghiên cứu khoảng hai mươi năm gần cho nhiều kiến thức mới, hữu ích qn, từ hình thành nên ngun lý di truyền học ung thư gọi lý thuyết gen ung thư Lý thuyết gen ung thư tảng giúp giải thích tác động yếu tố di truyền mơi trường q trình phát sinh bệnh ung thư Sự phát ung thư bệnh di truyền coi thắng lợi sinh y học đại Để hiểu tầm quan trọng phát này, cần phải đề cập đến lý thuyết tồn thời gian dài trước nguyên ung thư gọi thuyết vi trùng Các bệnh ung thư ghi nhận bác sĩ tới năm đầu kỷ 19 với nhiều biểu giống bệnh truyền nhiễm Cả hai nhóm bệnh phổ biến, nguy hiểm ban đầu bao phủ lớp tâm linh huyền bí, ngun gây bệnh thường khó xác định chữa khỏi liệu pháp y học thông thường Nghiên cứu Louis Pasteur nhà khoa học kỷ 19 đưa đến thuyết vi trùng mà từ tạo nên thay đổi cách mạng nhận thức bệnh truyền nhiễm Những phát cho thấy vi trùng nguyên nhân gây nên hàng loạt bệnh truyền nhiễm; phát mở thời kì mà phương pháp điều trị bệnh truyền nhiễm nghiên cứu phát triển cách có hệ thống dựa hiểu biết tác nhân gây bệnh vi trùng Đinh Đoàn Long Bản thân bệnh truyền nhiễm thường biểu cách phức tạp, song thuyết vi trùng giúp giải thích nguyên nhân gây bệnh cách đơn giản, mà nhờ bệnh truyền nhiễm phân loại điều trị hiệu Có nhiều loại vi trùng khác xâm nhiễm vào mô khác thể người đáp ứng với nhóm thuốc điều trị khác Mỗi thể có mức độ mẫn cảm khác với nhóm vi trùng gây bệnh Tuy vậy, thuyết vi trùng với khả giải thích nguyên phát sinh bệnh truyền nhiễm cung cấp tảng kiến thức bệnh truyền nhiễm Cuộc cách mạng nghiên cứu bệnh truyền nhiễm báo hiệu bước đột phá tương tự nghiên cứu ung thư sau kỷ Những phát quan trọng chất phân tử ADN gen James Watson Francis Crick (1953) sau việc phát mã di truyền mở đầu cho bùng nổ nghiên cứu lĩnh vực sinh học phân tử nửa cuối kỷ 20 Nhiều nỗ lực nghiên cứu liên tục hiệu giúp xác định cách chi tiết biến đổi di truyền yếu tố trực tiếp gây phát sinh ung thư, hình thành khối u, sau tăng trưởng lan rộng chúng Các biện pháp phòng ngừa điều trị ung thư dựa lý thuyết gen ung thư giai đoạn đầu trình phát triển hứa hẹn mang lại hiệu to lớn tương lai Tính tiên phong thuyết vi trùng cho thấy: bệnh truyền nhiễm biểu đa dạng phức tạp, song nguyên nhân gây bệnh khái quát hóa lại tương đối đơn giản Nhiều khái niệm giản đơn song mang lại hiệu ứng dụng thực tiễn to lớn Trong thực tế, thuyết vi trùng tảng cho việc thiết lập hầu hết phương pháp đại phân loại, chẩn đoán điều trị bệnh truyền nhiễm khác Những nghiên cứu không ngừng phát triển Việc suy diễn tương đồng bệnh truyền nhiễm với bệnh ung thư khơng hồn tồn đúng, song giống chúng sở khái niệm dễ dàng nhận thấy Nếu vi trùng tác nhân gây nên bệnh truyền nhiễm, gen ung thư tác nhân thúc đẩy tế bào hình thành nên khối u phát sinh ung thư Ung thư khối u xâm lấn Ung thu phân chia bất thường tế bào Khối u tập hợp tế bào có quan hệ di truyền với có khả phân chia cách khơng kiểm sốt Thuật ngữ “ung thư” theo nghĩa hẹp dùng để khối u có khả xâm lấn mơ xung quanh vốn gồm tế bào bình thường Sự phân biệt khối u lành tính u ác tính xét chất đơn dựa khả xâm lấn chúng Một khối u ác tính xâm lấn tiếp cận với mạch máu mạch bạch huyết tế bào di phát triển mô cách xa vị trí phát sinh ban đầu U di gây rối loạn chức mô khác dẫn đến tử vong Các chứng nghiên cứu đến nhìn chung cho thấy khối u thường phát sinh từ tế bào ban đầu bị biến đổi di truyền Quá trình tăng trưởng khối u tế bào bị biến đổi di truyền bất thường gọi trình hay phát sinh ung thư Vì khối u thường phát triển khối u nhỏ lành tính sau chuyển sang trạng thái ác tính di căn, nên q trình phát sinh ung thư, tế bào hình thành khối u có xu hướng tích lũy biến đổi (đột biến) di truyền qua có đặc tính Sự tích lũy gen ung thư tế bào khối u nguyên phát sinh ung thư Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn Ung thư dạng bệnh di truyền đặc biệt Phần lớn bệnh di truyền kinh điển người biết đến trước thuộc nhóm bệnh di truyền đơn gen, tức phát sinh bệnh gen sai hỏng Nhiều bệnh di truyền dự đốn sở vận dụng định luật di truyền Menđen Trong trường hợp đó, truyền lại gen sai hỏng từ cá thể thân sinh (bố mẹ) sang cần đủ để bệnh biểu hệ Một ví dụ bệnh di truyền kinh điển bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm Bệnh đột biến xảy gen HBB mã hóa -glơbin vốn thành phần cấu trúc nên hêmôglôbin protein vận chuyển ơxi máu Protein mã hóa gen gây bệnh có độ hịa tan thấp không tan nồng độ ôxi máu thấp; lúc này, tế bào hồng cầu có dạng hình liềm chức Các tế bào hồng cầu hình liềm gây nên chứng thiếu máu nghẽn mạch Có yếu tố mơi trường có vai trị tác động tới mức độ cấp tính bệnh nồng độ ôxi môi trường sống cục bộ, song tác nhân gây bệnh gen đột biến gây bệnh Giống với nhiều bệnh di truyền đơn gen có độ thâm nhập cao, bệnh hồng cầu hình liềm có chế di truyền đơn giản dự đoán trực tiếp nguy mắc bệnh sở quy luật di truyền Menđen Giống bệnh hồng cầu hình liềm, số bệnh ung thư di truyền theo kiểu đơn gen Các nghiên cứu phả hệ số dòng họ cho thấy tỉ lệ mắc bệnh ung thư có liên quan với hệ khác cao cách bất thường Các nghiên cứu đồng thời giúp triệu chứng số bệnh ung thư di truyền rõ rệt từ phân lập gen ung thư Tuy vậy, bệnh ung thư có biểu di truyền rõ rệt nhìn chung Phần lớn bệnh ung thư khó dự đốn đơn dựa theo quy luật di truyền Menđen Lý vì: theo cách phổ biến cả, gen gây ung thư khơng di truyền, mà thay vào xuất tích lũy cách tự phát trình phát triển thể Xét từ góc độ này, ung thư bệnh di truyền đặc biệt Nếu bệnh di truyền kinh điển, gen gây bệnh thường truyền từ hệ sang hệ khác theo cách dự đoán được, gen ung thư tích lũy theo nhiều cách khác Các gen ung thư chúng xuất nào? Gen ung thư định nghĩa dạng đột biến gen làm tăng nguy ung thư làm thúc đẩy phát sinh ung thư Các gen ung thư đồng thời coi dạng alen đặc biệt gen bình thường xuất hậu đột biến Xét chất di truyền, thể người gồm hai loại tế bào Các tế bào mầm sinh dục thuộc quan sinh sản có vai trị sản sinh tinh trùng nam giới trứng nữ giới Các tế bào sinh dưỡng, gọi tế bào soma, gồm tất tế bào lại thể người Các gen ung thư phát sinh từ tế bào mầm sinh dục gọi tế bào dòng sinh dục Các cá thể truyền gen ung thư dòng sinh dục (còn gọi gen ung thư bẩm sinh) từ bố/mẹ mang gen ung thư hầu hết tế bào thể, tế bào soma tế bào sinh dục (những cá thể gọi thể mang) Ngược lại, gen ung thư phát sinh từ tế bào soma không truyền cho hệ sau Các khối u tích lũy dần gen ung thư chúng tăng trưởng Sự tích lũy gen đột biến gây ung thư diễn theo ba đường: (1) truyền qua dòng sinh dục, (2) đột biến tự phát tế bào soma, (3) lây nhiễm virut Sự di truyền gen ung thư qua dòng sinh dục chiếm tỷ lệ nhỏ tổng số ca ung thư ảnh hưởng nghiêm trọng tới phát bệnh ung thư người Tính chung tất Đinh Đồn Long bệnh ung thư ung thư xuất phát di truyền chiếm từ 0,1% đến 10% Một số gen ung thư quan trọng di truyền qua hệ theo dòng sinh dục số dòng họ gây nên triệu chứng ung thư điển hình rõ rệt Các gen ung thư dịng sinh dục trực tiếp gây nên tỉ lệ nhỏ song đáng kể số trường hợp ung thư người Tùy bệnh ung thư, tỉ lệ mắc bệnh di truyền trực tiếp gen ung thư dao động khoảng từ 0,1 đến 10% Chính có mặt di truyền số gen ung thư quan trọng nguyên nhân dẫn đến số dịng họ có nguy mắc bệnh ung thư cao tần số chung quần thể Nói cách khác, di truyền alen mà nguy phát sinh ung thư cá thể dòng họ tăng lên Khả mà thể mang gen ung thư dòng sinh dục mắc bệnh ung thư phản ánh mức độ thâm nhập gen Trong số trường hợp liên quan đến gen ung thư có độ thâm nhập cao, nguy mắc bệnh ung thư thể mang dự đoán chắn Các gen ung thư dòng sinh dục khác (mà nói đến chưa phát hết) đóng góp phần nhỏ vào nguy phát sinh ung thư tổng cộng Trong phần lớn ca ung thư, gen ung thư phát sinh từ đột biến tự phát tế bào soma gọi đột biến soma Đột biến soma khái niệm đồng thời dùng để trình phát sinh đột biến sản phẩm q trình đột biến sinh Các tế bào soma mang gen đột biến gây ung thư tự phát trở thành tế bào tiền thân ung thư (hay gọi tế bào ung thư tiền thân) Cả hai loại đột biến dòng sinh dục đột biến soma làm biến đổi gen bình thường tạo dạng alen đột biến gen Điều cần lưu ý tất đột biến gen dù theo dòng sinh dục hay dòng soma dẫn đến phát sinh ung thư Trong thực tế, phần lớn đột biến gen không liên quan đến ung thư Con đường thứ ba dẫn đến tích lũy gen ung thư thể lây nhiễm virut Con đường phương thức tích lũy gen ung thư phổ biến dường giới hạn số bệnh ung thư định Tuy vậy, mô tả phần sau, phát sinh số bệnh ung thư phổ biến, virut đóng vai trị quan trọng Trong trường hợp này, virut khơng có vai trị nhân tố truyền gen ung thư, mà trực tiếp làm biến đổi mơi trường nhờ mà gen ung thư chọn lọc phát tán Đột biến làm biến đổi hệ gen Đột biến soma không di truyền, đột biến theo dòng sinh dục di truyền dọc từ hệ sang hệ khác Bất kể hình thành theo đường nào, nhiều dạng đột biến ADN làm thay đổi cấu trúc chức gen Khi thay đổi xảy ra, dạng biến đổi mới, hay gọi alen mới, gen hình thành Các đột biến nhỏ ảnh hưởng đến đoạn Hình Các biến đổi di truyền lớn nhỏ Các biến đổi di truyền lớn ảnh hưởng đến tồn NST (hình trái) quan sát thấy phương pháp tế bào học sử dụng kính hiển vi Các biến đổi di truyền nhỏ liên quan đến bazơ phân tử ADN (hình phải) phát phương pháp phân tử, giải trình tự ADN Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn ngắn phân tử ADN phát phương pháp giải trình tự ADN, đột biến lớn quan sát thấy kính hiển vi (như ví dụ minh họa Hình 1) Các đột biến thường phân loại sở chế phát sinh mức độ biến đổi trình tự ADN Các thay đơn nucleotit (SNP) thay cặp bazơ (bp) ADN dạng đột biến điểm phổ biến Các dạng đột biến lớn làm thêm đoạn lớn ADN Nếu Hình Chuyển đoạn nhiễm sắc thể (NST) đoạn thêm vào ngắn 20 Chuyển đoạn NST trao đổi đoạn hai NST bp gọi tương ứng đột biến không tương đồng Khi trao đổi diễn “cân thêm đoạn nhỏ, đoạn bằng” (tức NST cho phần thêm có kích thước lớn nhận phần từ NST minh họa hình) gọi chuyển đoạn NST tương hỗ (từ 20bp đến hàng nghìn bp) gọi đột biến thêm đoạn lớn Ngoài ra, cịn có dạng đột biến mức độ lớn làm đứt gãy nhiễm sắc thể (NST) nguyên nhân dẫn đến đột biến chuyển đoạn (Hình 2), đoạn hay đảo đoạn NST Những thay đổi cấu trúc NST quan sát kính hiển vi gọi sai hỏng di truyền tế bào Những sai hỏng di truyền tế bào liên quan đến đoạn NST lớn truyền qua dòng sinh dục, mà thay vào chủ yếu đột biến soma Phổ dạng đột biến liên quan đến ung thư ghi nhận đến đa dạng Các q trình phát sinh đột biến vơ hướng dẫn đến tượng đảo đoạn vùng định phân tử ADN, xảy đồng thời đột biến đoạn thêm đoạn theo kiểu phức tạp vùng khác Các đoạn trình tự ngắn lặp lại nhiều lần liên tiếp tạo nên trình tự ADN lặp lại (ví dụ đoạn gồm 57 nucleotit A liền kề gọi tắt A57) với số lần lặp lại nhiều Dường chế phát sinh đột biến làm biến đổi ADN theo cách Việc nắm chế phát sinh đột biến có ý nghĩa quan trọng giúp tìm hiểu phát sinh ung thư Tuy số nguyên lý phát sinh ung thư xác định, song nguồn gốc hình thành nhiều dạng đột biến lại chưa rõ ràng Trong vài trường hợp, có chứng đáng kể phản ánh chế phát sinh số dạng đột biến Chẳng hạn như, tỉ lệ đáng kể đột biến thay nucleotit kết trình vốn diễn bình thường tế bào methyl hóa ADN Các biến đổi đơn nucleotit xuất sai hỏng xảy trình tái sửa chữa ADN hệ gen Đối với trường hợp biến đổi lớn, mất, thêm hay xếp lại đoạn lớn NST, chế phát sinh đột biến liên quan đến đoạn ADN lặp lại điểm đứt gãy đặc thù Một phần đáng kể hệ gen người trình tự lặp lại Phổ biến số trình tự lặp lại Alu (gọi ban đầu trình tự phát enzym giới hạn Alu) Các trình tự lặp lại Alu giống dài khoảng 300 bp Vùng lõi trình tự giống trình tự vi khuẩn có vai trị thúc đẩy tái tổ hợp thông qua trao đổi mạch ADN vùng có mức độ giống (tương đồng) cao Bằng chứng cho thấy trình tự Alu “điểm nóng” tái tổ hợp tương đồng vốn chế dẫn đến đột biến lớn NST Bất kể có nguồn gốc phát sinh nào, dạng biến đổi khác trình tự ADN hệ gen chuyển gen bình thường thành gen ung thư Tuy nhiên, khơng Đinh Đồn Long phải biến đổi hệ gen liên quan đến ung thư Trong thực tế, tỉ lệ nhỏ đột biến có vai trị thức đẩy hình thành khối u Mức độ tác động đột biến tới phát sinh ung thư phụ thuộc vào chất đột biến, gen bị đột biến, vùng cấu trúc gen bị đột biến chất đột biến Gen đột biến Các đột biến chuyển gen bình thường thành gen ung thư nào? Để tìm hiểu vấn đề này, trước tiên cần nắm số đặc điểm cấu trúc chức gen Gen coi đơn vị di truyền chức Vị trí gen NST gọi locut gen Locut gen trải rộng vùng NST có kích thước từ ngắn 103 bp đến dài 106 bp, với kích thước trung bình khoảng 5x104 bp Thông tin lưu giữ gen dựa trình tự loại bazơ nitơ cấu trúc nên ADN: hai loại purin adenine (A) guanine (G), hai loại pyrimidin cytosine (C) thymidine (T) Sự biểu gen xác định mức phiên mã tổng hợp nên mARN từ trình tự ADN gen, mức dịch mã tổng hợp protein từ phiên mã mARN gen Các gen mã hóa protein gồm có số vùng cấu trúc chung (xem Hình 3) Vùng gen xác định trình tự axit amin phân tử protein gọi khung đọc mở (ORF) Khung đọc mở chuỗi ba bazơ nitơ (còn gọi codon) mạch mã hóa phân tử ADN giới hạn ba bắt đầu dịch mã (phổ biến 5’-ATG-3’) kết thúc ba mã kết thúc dịch mã (phổ biến 5’-TAA/TAG/TGA-3’) Với hệ gen người, cách phổ biến ORF xác định nhiều exon khác Trong q trình phiên mã hồn thiện phân tử mARN trước dịch mã, exon nối lại với Ngoài ra, hoàn thiện mARN trước dịch mã bao gồm bước lắp mũ đầu 5’ (7-methyl guanine) gắn đuôi poly(A) đầu 3’ tiền-mARN Trên sở phân tích cấu trúc chung gen mã hóa protein, nhận thấy biến đổi trình tự ADN vùng khác gen gây hậu khác ORF chứa thông tin dịch mã thành cấu trúc bậc protein Do vậy, đột biến xảy Hình Các thành phần gen vùng nhiều khả Gen gồm có trình tự biểu (phiên mã thành phân tử gây ảnh hưởng đến chức mARN) gồm exon intron xen kẽ chúng Trên NST, sản phẩm protein trình tự ADN “đóng gói” chặt (hình phía trên) Những gen Ngược lại, intron nghiên cứu kỹ gen mã hóa protein, thường có cấu thường bị cắt khỏi phân tử trúc hình phía Tập hợp exon chứa trình tự mã mARN hồn thiện, nên hóa protein gọi khung đọc mở (ORF) Giáp với hai đầu ORF vùng trình tự đầu 5’ 3’ khơng dịch mã (kí hiệu tương nhiều đột biến xảy ứng 5’-UTR 3’-UTR) Sự điều hòa biểu gen thường intron gây hậu liên quan đến promoter (thường nằm ngược dòng gen) yếu tố trình tự điều hịa khác (như enhancer / silencer) liên quan đến nghiêm trọng Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn Đột biến exon có Các biến đổi nucleotit thể làm thay đổi chức gen, qua ảnh hưởng đến cấu trúc protein Cắt nối exon bình thường (xem Hình 4) Một Cắt nối exon bất thường cách làm thay đổi rõ ràng chức gen biến đổi Bản phiên mã bình thường Đi Poly(A) Bản phiên mã đột biến ba mã hóa, qua (mất exon) làm thay đổi trình tự axit amin Bản phiên mã đột biến (thay đổi codon) phân tử protein Các đột biến Hình Các đột biến làm thay đổi cấu trúc phiên mã mARN gen làm thay đổi Phần lớn đột biến hình thành gen ung thư làm thay đổi ba (codon) cách exon ORF Khoảng 10% đột biến khác làm thay đổi vị trí ghép nối nối lại với exon Những đột biến dẫn đến sai hỏng trình hồn thiện mARN thường làm exon q trình hồn thiện mARN Việc cắt nối exon xác q trình hồn thiện mARN phụ thuộc vào trình tự vùng biên intron trình tự liên ứng điểm phân nhánh (đọc thêm Đinh Đoàn Long Đỗ Lê Thăng, 2009 [1]) Các đột biến xảy trình tự điều khiển ghép nối exon tạo phân tử mARN hồn thiện có trình tự bất thường Khoảng 10% đột biến gen người liên quan đến bệnh di truyền ghép nối sai exon hoàn thiện mARN Mặc dù phần lớn đột biến xảy intron nhìn chung khơng gây ảnh hưởng rõ rệt đến chức gen, thực tế có trường hợp ngoại lệ Trong trường hợp gặp này, đột xảy intron hoạt hóa số điểm ghép nối exon “bí ẩn”, chất hình thành điểm cắt intron mới, dẫn đến hình thành phân tử mARN bất thường Một số dạng đột biến intron khác làm thay đổi hiệu ghép nối exon theo cách mà đến chưa biết đầy đủ Các đột biến xảy vùng khởi đầu phiên mã (promoter), vị trí bắt đầu dịch mã, ba bắt đầu dịch mã, vị trí gắn đuôi polyA (terminator), hay ba kết thúc dịch mã làm thay đổi chức gen Tất dạng đột biến chiếm khoảng 2% tổng số dạng đột biến gây bệnh di truyền biết người, bao gồm bệnh ung thư Khái niệm gen mở rộng năm gần với việc số công nghệ dùng để tìm hiểu tồn diện phiên mã tổng hợp phân tử ARN Các phân tích hệ gen người quy mơ lớn tiến hành đồng thời với việc phân tích sản phẩm ARN phiên mã từ cho thấy tế bào có nhiều phương án phiên mã so với dự đốn theo mơ hình “một gen – protein” Một nghiên cứu phiên mã gen chuột thí nghiệm có – 2% trình tự hệ gen tương ứng với trình tự exon điển hình, song có đến 63% trình tự hệ gen phiên mã! Có thể dự đoán hệ gen người phiên mã mức độ tương tự Vậy, chức nhiều phân tử ARN (khơng dùng Đinh Đồn Long để mã hóa cho protein) gì? Rõ ràng nhận thấy mức độ phiên mã dường “dư thừa” phân tử ARN, kích thước lớn mức độ phức tạp cấu trúc hệ gen động vật có vú người có lẽ vùng trình tự ADN hệ gen ngồi vùng gen điển hình biết cịn có chức quan trọng Liệu vùng hệ gen phiên mã song không dịch mã (chỉ tạo phân tử ARN chưa rõ chức năng) có coi gen hay khơng? Liệu trình tự có liên quan đến phát sinh ung thư hay khơng? Đến nay, nói chưa thể khẳng định đột biến xảy vùng khơng mã hóa protein hệ gen có góp phần vào phát sinh ung thư hay khơng Điều quan trọng cần lưu ý số nhiều đột biến tìm thấy đến có liên quan đến bệnh di truyền ảnh hưởng tới sản phẩm protein gen tương ứng mã hóa Mặc dù khái niệm gen mở rộng, chứng tới nhìn chung đột biến gây bệnh phổ biến ảnh hưởng đến vùng mã hóa protein hệ gen Vai trị vùng khơng mã hóa bệnh di truyền nói chung ung thư nói riêng tiếp tục nghiên cứu xác định Biến dị di truyền gen ung thư Lồi người xem quần thể đa dạng di truyền Đa dạng kiểu hình cá thể người kết biến dị di truyền đặc trưng có cá thể, mà phần lớn số chúng tiếp tục phát Trong thực tế, khác biệt di truyền sở hình thành nên đặc điểm sinh học đặc trưng cá thể Hệ gen đặc thù người quy định đặc điểm hình thái sinh lý người đó, gồm nguy hay khuynh hướng mắc bệnh di truyền khác Hệ gen người chứa lượng thông tin di truyền lớn Mỗi nhân tế bào soma người chứa khoảng 3,5 picogram ADN Mỗi hệ gen đơn bội có nguồn gốc từ bố mẹ đóng góp vào tế bào lưỡng bội chứa khoảng 3,4 tỷ cặp bazơ Các biến đổi nucleotit hệ gen liên quan đến nucleotit vùng điều hòa gen định làm tăng nguy ung thư cao đến mức tránh khỏi bệnh Các biến đổi di truyền biểu nhỏ hậu gây đáng kể Xét trình tự ADN, hệ gen hai người giống hồn tồn 99 % Sự khác biệt di truyền hai người sống chiếm phần nhỏ hệ gen Các dạng biến dị hệ gen gọi dạng đa hình Các dạng đa hình biểu biến đổi nhỏ kiểu đột biến đơn nucleotit, đột biến thêm đoạn ADN ngắn, biến dị số lần lặp lại trình tự ADN hay biến đổi khác lớn NST Dạng biến dị di truyền phổ biến hai cá thể người đa hình đơn nucleotit - SNP Khi so sánh trình tự ADN nhiễm sắc thể tương đồng hai người bất kì, tần số xuất SNP vào khoảng SNP đoạn ADN dài 1000 – 2000 bp Ước lượng có khoảng 10 triệu SNP khác loài người Trong số đó, có khoảng % SNP exon; phần lớn exon cách SNP gần vào khoảng 5000 bp Vô số khả tổ hợp khác SNP giúp giải thích biến dị di truyền người có biểu đa dạng Các thay đổi di truyền, tức đột biến, gây phát sinh ung thư cần xem xét tảng kiến thức đa dạng di truyền Sự khác biệt đột biến gây ung thư với biến dị di truyền lành tính gì? Đến nay, câu hỏi này, chưa có câu trả lời đầy đủ Phân môn di truyền học tập trung nghiên cứu nhằm xác định mối quan hệ biến dị di truyền đặc thù với bệnh nói chung gọi bệnh học phân tử Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn Các đột biến soma phân biệt với SNP cách so sánh tế bào ung thư với tế bào bình thường thể Trong lâm sàng, điều thực cách phân tích mẫu sinh thiết người bệnh chứa hai loại tế bào ung thư tế bào bình thường tạo nên phần mô bao quanh khối u Không giống đa hình di truyền, đột biến soma phát sinh tự phát xuất tế bào ung thư khơng tìm thấy tế bào bình thường Một vấn đề khó khăn việc đánh giá biến dị di truyền có dịng sinh dục bệnh nhân ung thư Tất biến dị di truyền bắt nguồn từ đột biến hệ gen, tất đột biến gây ung thư Vậy, biến dị đóng góp vào phát sinh bệnh, biến dị khơng? Gen ung thư khác biệt với biến dị lành tính nào? Phần lớn biến dị di truyền, SNP số dạng đa hình khác, thường không liên quan đến nguy mắc bệnh ung thư; có trường hợp ngoại lệ Nhìn chung, việc phân lập biến dị di truyền làm tăng nguy ung thư thách thức nghiên cứu bệnh học phân tử ung thư năm gần đạt nhiều thành Một số dấu hiệu giúp liệu SNP dạng biến dị di truyền định có trực tiếp liên quan tới phát sinh ung thư hay không Một thông số quan trọng tần số alen Dường di truyền gen ung thư đóng vai trị đáng kể nhóm nhỏ bệnh ung thư Phần lớn gen ung thư biết tích lũy hậu đột biến tế bào soma, khơng phải di truyền Vì vậy, suy luận SNP phổ biến có lẽ liên quan đến phát sinh ung thư Ví dụ như, SNP tìm thấy người thuộc dịng họ có tỉ lệ mắc bệnh ung thư cao, song tìm thấy phổ biến nhóm người đối chứng, SNP có khả gen ung thư quan trọng Nghiên cứu phả hệ dịng họ có số người mắc bệnh ung thư cao phương pháp xác định gen ung thư quan trọng Có lẽ gen ung thư dòng sinh dục phân li đồng thời với khuynh hướng mắc bệnh cá thể mang gen Alen bị nghi ngờ gen ung thư có xu hướng tìm thấy thành viên bị bệnh, khơng tìm thấy thành viên khác dịng họ Vị trí đột biến ảnh hưởng đột biến tới chức protein yếu tố cần cân nhắc Các đột biến xuất đâu hệ gen Một số đột biến không gây ảnh hưởng tới chức gen Ngược lại, phần lớn đột biến làm tăng nguy ung thư biết đến làm thay đổi chức gen làm thay đổi mức biểu gen Không giống phần lớn đột biến vốn phổ biến xuất vùng khơng mã hóa protein hệ gen, đột biến làm tăng nguy ung thư biết thường tìm thấy vị trí bên gần exon trực tiếp ảnh hưởng tới cấu trúc chức protein mã hóa Phần cịn lại mà cần phải tìm hiểu cách biến dị di truyền gây nên phát sinh khối u ung thư Phần lớn gen ung thư dòng sinh dục phát đến có độ thâm nhập cao phản ánh khuynh hướng phát sinh ung thư cao cá thể mang gen Một số gen ung thư khác có độ thâm nhập thấp hơn, song chủ yếu chúng khó xác định Có thể gen đơn lẻ làm thay đổi nguy phát sinh ung thư cách không rõ rệt, tập hợp với gen khác làm tăng nguy mắc bệnh đáng kể Sự phân tích thống kê thơng tin di truyền thu thập quy mô rộng cần thiết để làm sáng tỏ phạm vi di truyền gen ung thư để phát gen ung thư Đinh Đoàn Long Một phương pháp làm giảm thiểu tác động nhiễu tính đa dạng di truyền cao người việc xác định gen ung thư tập trung điều tra nhóm quần thể người nhỏ có cấu trúc di truyền tương đối xác định Chẳng hạn số gen ung thư quan trọng đến phân lập nhờ đặc điểm di truyền chúng tìm thấy số nhóm người dân tộc thiểu số Quần thể lý tưởng cho nghiên cứu bệnh học di truyền quần thể mà tình trạng bệnh cá thể quần thể ghi chép đầy đủ qua nhiều hệ, với mức độ đa dạng di truyền chung tương đối thấp Cộng đồng người Aixơlen xem quần thể Đây quốc gia có hệ thống y tế cộng đồng phát triển tốt với khoảng 300.000 người xác định rõ hậu duệ trực tiếp số cá thể tổ tiên ban đầu Tuy nhiên, tiềm sử dụng phả hệ khổng lồ nhiều bị hạn chế quyền tiếp cận thông tin bị khống chế điều khoản liên quan đến đạo đức sinh học Ngồi ra, vấn đề cịn chưa rõ liệu số ca ung thư di truyền có đủ cao mức biến dị di truyền chung cộng đồng có đủ thấp để cung cấp lực thống kê đủ mạnh việc giúp xác định gen ung thư từ quần thể người Aixơlen hay không Những đột biến quan trọng phát sinh ung thư Không phải tất đột biến gây hậu Một đột biến xảy vùng mã hóa gen dễ dẫn đến làm thay đổi chức gen so với đột biến xảy đoạn intron vùng khơng mã hóa gen Ngay đột biến xảy exon, số đột biến gây hậu nghiêm trọng, đột biến khác khơng Một số đột biến khơng làm thay đổi kiểu hình, đột biến khác làm thay đổi rõ rệt chức gen làm tăng nguy mắc bệnh Một số đột biến thay đơn nucleotit khơng làm thay đổi trình tự axit amin phân tử protein gen tương ứng mã hóa, đặc tính thối hóa mã di truyền; tượng nhiều axit amin đồng thời mã hóa nhiều ba đồng nghĩa Chẳng hạn Leucine đồng thời mã hóa sáu mã ba đồng nghĩa CTT, CTC, CTA, CTG, TTA TTG (xem Bảng 1) Một đột Bảng Bảng mã di truyền phổ biến biến thay C → T làm thay Bazơ thứ hai đổi ba CTC thành CTT phân Bazơ Bazơ U C A G tử ADN, không ảnh hưởng thứ thứ ba đến trình tự axit amin phân tử UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys C protein Trong trường hợp này, U UUA Leu UCA Ser UAA* (KT) UGA* (KT) A thay đổi đơn thay UUG Leu UCG Ser UAG* (KT) UGG Trp G ba mã hóa Leucine (Leu) CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U thành ba đồng nghĩa khác mà CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C C Những đột biến CUA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg A CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg G gọi đột biến câm AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U thường đột biến lành AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser C xét nguy gây bệnh Các đột A AUA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg A biến xảy vị trí nucleotit thứ AUG* Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg G codon, gọi vị trí GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U thối hóa, thường làm thay đổi axit GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly C G GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly A amin protein GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly G Tuy vậy, số đột biến thay *Ghi chú: AUG mà hóa Met, đồng thời mà khởi đầu dịch mà (KT) = th n nucleotit khỏc trờn ADN làm STOP codon / m· kÕt thóc dÞch m·; mà đột biến "vô nghĩa" 10 S phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn đồng thời xuất hai nguồn tác nhân gây đột biến: tế bào bị kích thích sợi amiăng thân sợi amiăng Đáp ứng viêm mãn tính nhân tố dẫn dắt quan trọng trình phát sinh ung thư người Ước lượng có khoảng 1/4 số khối u ác tính hình thành liên quan đến đáp ứng viêm mãn tính Bằng chứng cho thấy vai trị đáp ứng viêm q trình phát sinh khối u mối quan hệ rõ rệt tìm thấy bệnh viêm nhiễm với ung thư Một ví dụ bệnh viêm phổi amiăng mô tả Ngồi ra, ví dụ khác cho thấy mối quan hệ bệnh viêm loét ruột kết với bệnh viêm đường ruột Crohn có tương quan chặt với nguy phát sinh bệnh ung thư ruột kết Các bệnh viêm mãn tính có mối tương quan chặt với phát sinh ung thư nhiều mô quan khác, thực quản, dày, gan, tiền liệt tuyến bàng quang Mặc dù chế bệnh sinh liên quan đến đáp ứng viêm quan khác nhau, song mối quan hệ đáp ứng viêm mãn tính với ung thư giống Các tác nhân truyền nhiễm gây nên đáp ứng viêm mãn tính dẫn đến phát sinh ung thư Các tác nhân truyền nhiễm cho tác nhân gây ung thư khoảng 15% tổng số ca ung thư toàn giới Trong đó, bệnh ung thư liên quan đến lây nhiễm virut tương đối phổ biến Mối quan hệ loại virut ung thư phức tạp nằm phạm vi đề cập tài liệu Một số virut gây ung thư cài hệ gen chúng vào hệ gen tế bào chủ làm biến đổi hoạt động gen tế bào chủ đồng thời phát tán hệ gen chúng Ví dụ virut gây u xơ (papillomavirus) lây nhiễm tế bào biểu mô cổ tử cung cách truyền vào tế bào vật chất di truyền chúng Một ví dụ khác virut Hecpéc lây nhiễm tế bào tiền thân u bướu Kaposi Ngồi hai bệnh ung thư này, cịn có nhiều ví dụ khác minh chứng cho tượng virut tác nhân truyền nhiễm khác góp phần gây phát sinh ung thư cách gián tiếp qua việc chúng kích ứng đáp ứng viêm tế bào chủ Sự lây nhiễm virut viêm gan B C không gây nên bệnh viêm gan mãn tính, mà cịn thúc đẩy phát triển sau bệnh ung thư gan Tại số vùng Châu Á, lây nhiễm đồng thời virut viêm gan với nhiễm độc tố AFB1 thực phẩm làm tăng nguy ung thư cao gấp 1000 lần Bảng liệt kê số tác nhân truyền nhiễm gây đáp ứng viêm mãn tính làm tăng nguy ung thư đáng kể Bảng Một số bệnh viêm mãn tính liên quan với nguy mắc bệnh ung thư Chủng loại sinh vật Bệnh viêm mắc phải Bệnh ung thư có liên quan Virut ADN Viêm gan Ung thư gan Helicobacter pylori Vi khuẩn Viêm dày Ung thư dày Virut Epstein-Barr (EBV) Virut ADN Tăng bạch cầu đơn nhân Ung thư bạch cầu (tế bào B) Virut Papilloma người (HPV) Virut ADN Viêm cổ tử cung Ung thư cổ tử cung Sán Viêm bàng quang Ung thư bàng quang Giun dẹt Viêm ống mật Ung thư tuyến mật Tác nhân viêm nhiễm Virut viêm gan B (HBV) Virut viêm gan B (HBV) Schistosoma haematobium Opisthorchis viverrini 21 Đinh Đoàn Long Vậy, cách đáp ứng viêm lại làm thúc đẩy phát sinh ung thư? Mối quan hệ trình sinh học phức tạp đến cần tiếp tục làm sáng tỏ, song số khía cạnh trở nên rõ ràng Một nhân tố hình thành đột biến soma tác động hợp chất chứa gốc tự Như gặp trường hợp phơi nhiễm amiăng, thân hợp chất thành phần tế bào thuộc đáp ứng miễn dịch làm tăng hình thành gốc tự Các nhân tố truyền nhiễm điển hình thúc đẩy đáp ứng miễn dịch thể; đến lượt mình, hoạt động miễn dịch mạnh trực tiếp sản sinh hợp chất chứa gốc tự Thường tế bào bạch cầu thực bào sản sinh hợp chất có vai trị tiêu diệt gây biến tính tác nhân truyền nhiễm Song, chúng sản sinh nhiều, hợp chất chứa nitơ ôxi phản ứng mạnh phản ứng với hình thành nên perơxi nitrit; lại chất gây đột biến mạnh Do thấy phát sinh đột biến “sản phẩm phụ” đáp ứng miễn dịch hoạt động mạnh Một nhân tố quan trọng khác ảnh hưởng đến phát triển khối u thành phần hệ miễn dịch thể dịch; protein tín hiệu gọi cytokin chemokin Bình thường phân tử có vai trị thúc đẩy phân chia tế bào, có vai trò huy động tế bào hệ miễn dịch hoạt hóa nguyên bào sợi tăng cường đáp ứng miễn dịch Các nguyên bào sợi hoạt hóa tiết số enzym thủy phân protein làm phá vỡ mạng ngoại bào qua làm thay đổi cấu trúc mô Những hoạt động làm thay đổi khoảng không tế bào giúp tế bào trở nên linh hoạt Cuối cùng, tiết peptide thúc đẩy tạo mạch máu làm tăng hình thành mạch máu qua mở rộng khơng gian tăng sinh tế bào Tác động tổng thể tất hoạt động tạo môi trường màu mỡ cho tăng sinh (phân chia) mạnh tế bào Nếu tế bào mang gen ung thư, chúng nhanh chóng phát triển thành khối u Như vậy, nói số thành phần hệ miễn dịch thể dịch làm thay đổi mơi trường cục theo hướng có lợi cho tăng sinh tế bào ung thư Đáp ứng viêm giữ vai trị đáng kể hai giai đoạn khác trình phát sinh ung thư: (i) giai đoạn khởi phát khối u, sau (ii) Hình 11 Các khối u từ bệnh nhân ung thư thường có biểu viêm mãn tính Các tế bào hệ miễn dịch tham gia vào đáp ứng viêm giai đoạn tăng trưởng (được mũi tên) xuất với mật độ cao quanh vùng khối u phát triển khối (Ảnh chụp từ khối u dày) 22 Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn u Nếu khởi phát phần lớn khối u không thiết phải kèm với đáp ứng viêm mãn tính biết, tế bào tham gia vào đáp ứng viêm góp phần tạo mơi trường cục thuận lợi cho phát triển khối u sau chúng hình thành Các phân tích tế bào học khối hình thành rõ cho thấy chúng thường chứa nhiều tế bào hệ miễn dịch tham gia vào đáp ứng viêm (Hình 11) Trong thực tế, phần đáng kể khối lượng khối u tế bào thuộc hệ miễn dịch Tiêu tế bào học thu từ nhiều khối u ác tính cho thấy chúng giống vết thương khơng chữa lành Có lẽ khơng có khó tưởng tượng việc cách dư thừa tín hiệu kích thích phân bào, suy yếu mạng ngoại bào thúc đẩy hình thành mạch máu xuất mơ bị viêm nhiễm lại thúc đẩy tế bào mang gen ung thư phân chia vô tổ chức Cần nhắc lại chức hiển nhiên hệ miễn dịch để thúc đẩy ung thư phát triển Mà ngược lại, đáp ứng viêm mãn tính khối u sau chúng hình thành dường biểu “bất lực” hệ miễn dịch việc loại bỏ khối u Trong thực tế, dường nhiều khối u hình thành bị chết chất độc tiết hệ miễn dịch Sự tăng trưởng khối u coi kết trận chiến “khốc liệt” tế bào ung thư hệ miễn dịch Trận chiến kết thúc với phần thất bại thuộc hệ miễn dịch tế bào ung thư chuyển sang trạng thái cho phép chúng sống sinh sơi nhanh chóng (thích nghi) tế bào bình thường khơng thể sinh sơi (kém thích nghi hơn) Như thấy phần sau, thuyết tiến hóa Đac-uyn cung cấp cách giải thích việc “lực lượng” thể ban đầu huy động nhằm ngăn cản phát sinh ung thư lại kết thúc việc chúng thúc đẩy ung thư phát triển 13 Thuyết tiến hóa Đac-uyn chọn lọc dịng tế bào ung thư Ở phần trên, đề cập đến cách mà đột biến phát sinh Trong phần này, tìm hiểu cách đột biến riêng lẻ tích lũy dịng tế bào dẫn đến hình thành khối u Phần lớn khối u xuất phát từ tế bào ban đầu Nhiều chứng ủng hộ nhận định Chẳng hạn, từ lâu nhà khoa học quan sát thấy kiểu hình bất hoạt NST giới tính X giống tất tế bào thuộc hầu hết khối u người bệnh; điều cho thấy có lẽ tất tế bào ung thư xuất phát từ tế bào tiền thân Ung thư bạch cầu sản sinh kháng thể hầu hết trường hợp sản sinh dòng kháng thể Sau này, phân tích di truyền khối u nguyên phát từ cấp độ phân tử ADN đến cấp độ nhiễm sắc thể, cho thấy kiểu đột biến thay đổi cấu trúc giống tất tế bào thuộc khối u, cho thấy chúng bắt nguồn từ tế bào gốc ban đầu Phần lớn chứng tất tế bào ung thư di truyền dọc từ tế bào “sáng lập” chứa gen ung thư giống Theo nghĩa này, thấy khối u riêng rẽ tập hợp tế bào thuộc dòng Vậy dịng tế bào ung thư hình thành nào? Khi đột biến soma xuất tế bào đơn lẻ, có qng thời gian mà alen đột biến có Đột biến nhân rộng tế bào đột biến bắt đầu phân chia hình thành nên hệ gồm nhiều tế bào chứa alen đột biến Nói cách khác, đột biến “nhân dòng” qua phân chia tế bào mang đột biến Điều đồng thời hiểu đột biến soma xuất tế bào khơng phân chia khơng nhân dịng khơng thể gây nên phát sinh ung thư 23 Đinh Đồn Long Tại dịng tế bào chứa gen ung thư lại nhân rộng? Một giả thuyết Peter Nowell đưa vào năm 1976 mô tả cách gen ung thư tạo ưu chọn lọc cho phép tế bào mang chúng phát triển lấn át tế bào xung quanh Trên nhiều phương diện, lý thuyết giống với lý thuyết hình thành lồi Đac-uyn giải thích sở chọn lọc tự nhiên Chọn lọc tự nhiên diễn nhóm cá thể chiếm giữ ổ sinh thái mà kiểu hình kiểu gen chúng quy định trở nên có ưu chọn lọc Ưu chọn lọc tăng cường nhóm cá thể có kiểu gen sản sinh nhiều hệ Các ổ sinh thái tạo hội cho kiểu gen riêng lẻ có hội phát triển mạnh mẽ Những lợi điểm chọn lọc giữ lại nhân rộng cho cháu Ổ sinh thái tạo hội cho cá thể mang kiểu gen có tiềm phát triển mạnh mẽ Sự gia tăng mạnh mẽ cá thể có lợi hình thành lồi Về phương diện đó, ung thư hình thành từ tế bào khởi thủy coi giống chế hình thành lồi Sự nhân lên nhanh chóng giao phối gần cá thể có ưu chọn lọc giới hạn phạm vi ổ sinh thái mà cuối dẫn đến hình thành lồi Về khía cạnh này, phát sinh ung thư coi dạng hình thành lồi “tế bào” Mỗi mơ ví “ổ sinh thái tế bào” Một vùng thuộc mô quanh “ổ sinh thái tế bào” gọi ngăn nội trú Ở người trưởng thành, số lượng tế bào chiếm giữ ngăn nội trú mơ có khả tự đổi (như lớp tế bào biểu mô thành ống tiêu hóa hay tế bào tủy xương ống xương) ln ổn định Tính ổn định trì nhờ cân hai trình đối lập: phân chia chết tế bào Các tế bào có khả phân chia ngăn nội trú hình thành nhiều loại tế bào đa dạng cấu tạo nên mô định gọi tế bào gốc Các tế bào gốc tế bào “chưa trưởng thành” có khả phân chia mạnh Trong ngăn nội trú ổn định, số tế bào sinh kết phân chia tế bào số tế bào “trưởng thành” (được biệt hóa chức khơng có khả phân chia) bị chết Như vậy, tế bào vào ngăn nội trú qua phân chia tế bào gốc, thực chức đặc thù chúng tế bào trưởng thành, khỏi ngăn nội trú bị chết (xem Hình 12) Các tế bào chiếm giữ ngăn nội trú sinh sơi mạnh thường có chương trình kiểm soát chặt chẽ gây chết tế bào cách tích cực Kiểu tế bào gây chết gọi tế bào chết theo chương trình (apotosis) Tế bào chết theo chương trình khơng giống với chết tế bào các chấn thương hay tổn thương vật lí cách mà chúng giúp trì tính ổn định ngăn nội trú mô Trạng thái Sự chết theo cân Sự sản sinh tế bào Sự biệt hóa (trưởng thành) tế bào chương trình tế bào tinh tế hai trình tế bào gốc phân chia tế bào chết theo chương trình giúp trì ổn định cấu trúc Tế bào gốc Các tế bào chuyên hóa biểu chức Tế bào già ngăn nội trú Hình 12 Sự cân nội mơ biểu ổn định số lượng tế bào mô ngăn nội trú mô Theo đó, trạng thái cân bằng, số lượng tế biểu bào sinh số lượng tế bào già chết nhau; số lượng tế cân nội mơ bào chun hóa biểu chức nhìn chung trì ổn định 24 Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn Cân nội mơ bị phá vỡ tốc độ tế bào sinh không cân với tốc độ chết tế bào trưởng thành Các gen ung thư làm phá vỡ cân nội mơ Nếu gen tạo kiểu hình làm tăng tốc độ sản sinh tế bào ngăn cản chết tế bào trưởng thành, tế bào mang gen có số lượng vượt trội so với tế bào khác ngăn nội trú mơ, dẫn đến hình thành khối u Đây giai đoạn trình tiến hóa theo dịng khối u 14 Áp lực chọn lọc thích nghi tế bào ung thư: Ví dụ bệnh giảm ơxi huyết biến đổi chuyển hóa Áp lực chọn lọc ưu tiên giữ lại tế bào mang gen ung thư đến chưa biết chi tiết Song, mối quan hệ “nhân – quả” đáp ứng viêm ung thư gợi ý cách giải thích q trình chọn lọc theo dịng cách tích lũy gen ung thư thúc đẩy khả sống sót, thích nghi sinh sôi tế bào ung thư Như nêu trên, nhiều ung thư xuất phát từ vùng biểu viêm mãn tính Đáp ứng viêm tạo nhiều thay đổi môi trường cục ngăn nội trú chứa tế bào Sự hoạt hóa tế bào sản sinh gốc tự do, giải phóng yếu tố thể dịch tiết enzym kết hợp với biến đổi cấu trúc mô thay đổi nồng độ ôxi, nồng độ glucôzơ pH Những thay đổi tạo áp lực chọn lọc Những tế bào có khả tiếp tục sinh sơi điều kiện tồn dòng chọn lọc Theo quan điểm tiến hóa Đac-uyn, đáp ứng viêm tạo “một ổ sinh thái tế bào” ngăn nội trú mô Một câu hỏi quan trọng đặt là: Bằng cách tế bào ung thư thích nghi với ổ sinh thái mới? Để minh họa cho vai trò thích nghi q trình tiến hóa theo dịng tế bào ung thư, xem đặc tính tế bào thay đổi q trình phát sinh ung thư: trao đổi chất Các tế bào ung thư có trạng thái trao đổi chất thay đổi làm tăng khả sống sót chúng điều kiện môi trường cục bất lợi Năm 1930, Otto Warburg người ghi nhận khác biệt trao đổi chất tế bào ung thư tế bào bình thường Trong tế bào bình thường chủ yếu sản sinh lượng hơ hấp hiếu khí, tế bào khối u chủ yếu phụ thuộc vào đường đường phân, phản ứng kị khí Sự chuyển đổi kiểu trao đổi chất trình phát sinh khối u gọi hiệu ứng Warburg Đường phân đường chuyển hóa tương đối hiệu Nếu việc ơxi hóa hồn tồn phân tử glucơzơ tạo 36 – 38 phân tử ATP, phản ứng chuyển hóa glucơzơ thành pyruvate điều kiện kị khí sinh có phân tử ATP Đường phân Glucơzơ + Pi + ADP + NAD +  pyruvate + ATP + NADH + H + + H2O Phơsphoryl hóa ơxi hóa Glucôzơ + 36 ADP + 36 Pi + 36 H + + O2  CO2 + 36 ATP + 42 H2O 25 Đinh Đoàn Long Ngoài ra, ion hydro hình thành sản phẩm phụ đường phân axit hóa mơi trường cục tế bào Như vậy, lúc tế bào ung thư biểu kiểu hình vừa hiệu trao đổi lượng vừa gây độc với môi trường Hậu rõ ràng tế bào chuyển đổi chế trao đổi chất trở nên phụ thuộc vào thuộc tính quan trọng sống cịn: khả sống sót điều kiện thiếu ơxi Cấu trúc mô thường giới hạn nguồn cung cấp máu Dòng máu giúp tăng cường khả trao đổi ơxi mơ qua thúc đẩy hơ hấp hiếu khí Sự phân chia tế bào trình tiêu tốn nhiều lượng mà nguồn lượng tế bào bình thường chủ yếu tạo từ q trình ơxi hóa đường glucơzơ Sự tăng sinh tế bào bình thường diễn ngăn nội trú mô cung cấp đầy đủ ôxi Trong điều kiện đối lập, tăng sinh tế bào bình thường hạn chế ngăn nội trú mơ có nguồn cung ơxi thấp, mơi trường gọi thiếu ôxi Ở ngăn nội trú tế bào bình thường, sinh sơi tế bào hạn chế vùng không gian gần với nguồn cung cấp máu cục Từ thực nghiệm, thiếu ơxi tìm thấy khối u cách mạch máu gần 100 m Ở ngăn nội trú cách tương đối xa mạch máu, thiếu ơxi khí tạo nên “ổ sinh thái tế bào” có áp lực chon lọc riêng Mặc dù tế bào ung thư trao đổi chất hiệu lượng gây độc với môi trường, song lại phụ thuộc vào nguồn cung ơxi chúng tăng cường hoạt động đường đường phân Các tế bào ung thư nhờ thích nghi với điều kiện ổ sinh thái tế bào vốn khơng phù hợp cho tế bào bình thường Có thể axit hóa mơi trường cục kết tăng cường hoạt động đường phân dạng bổ sung thêm áp lực chọn lọc 15 Nhiều đột biến soma ngắt qng tiến hóa theo dịng tế bào Các phân tích di truyền từ khối u ác tính cho thấy tế bào ung thư đồng thời chứa nhiều gen ung thư Điều nhiều đột biến tích lũy q trình phát sinh ung thư Vậy q trình tiến hóa theo dòng tế bào liên quan với tích lũy đột biến? Đến đây, biết cách gen ung thư xuất tế bào Các đột biến soma xuất chế khác nhau, chẳng hạn loại amin hóa ngẫu nhiên methyl-cytosine, lỗi xảy trình tái sửa chữa ADN, yếu tố gây đột biến có mơi trường, chất thể sinh đáp ứng viêm Một số đột biến soma chuyển gen bình thường thành gen ung thư Một dòng tế bào chứa gen ung thư tăng sinh nhanh gen ung thư tạo ưu chọn lọc cho tế bào chứa so với tế bào khác xung quanh Sự tăng sinh khơng kiểm sốt tế bào dẫn đến hình thành khối u ban đầu kích thước hiển vi Điều xảy tiếp theo? Trong phần lớn trường hợp, khơng có kiện đáng ý xảy Ở mô nghiên cứu kỹ đến nay, dường phần lớn khối u kích thước hiển vi hình thành khơng thể phát triển thường sau bị chết Phần lớn khối u sau hình thành kết cục cuối nhân dòng tế bào bất thường Trong trường hợp này, ưu tăng trưởng khối u đơn khơng đủ để chúng tiếp tục lan rộng Có lẽ, lan rộng dòng tế bào bất thường gặp phải áp lực chọn lọc khác, chẳng hạn đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ tế bào chủ Một dòng tế bào phân chia mạnh trở thành nạn nhân chất 26 Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn chuyển hóa phụ thể tiết điều kiện môi trường thiếu trầm trọng ôxi và/hoặc dư thừa axit từ hoạt động trao đổi chất chúng Hàng rào cản trở lan rộng khối u áp lực chọn lọc xuất khối u phát triển dường khác mô khác Về định nghĩa, khối u tế bào tăng sinh, song khối u phát triển thành ung thư Chỉ tỷ lệ nhỏ tế bào bị đột biến phát triển thành khối u, có tỉ lệ nhỏ khối u phát triển thành ung thư Một lần thấy chọn lọc dòng tế bào ung thư giống với q trình tiến hóa lồi Phần lớn biến đổi di truyền thường lợi Trong sinh học nói chung, giới vi mô ung thư, tỉ lệ đột biến tạo ưu chọn lọc Khối u phát triển thành ung thư thực tế sản phẩm gặp q trình tiến hóa theo dịng tế bào Có lẽ hợp lý nhận định trình phát triển khối u, môi trường cục thay đổi Cùng với tăng sinh tế bào, nồng độ tiền chất giảm nồng độ sản phẩm trao đổi chất tăng lên Khi số tế bào tăng lên, tỉ số số tế bào thuộc viền khối u (các tế bào tiếp xúc với tế bào bình thường xung quanh) với số tế bào khối u (các tế bào tiếp xúc với tế bào khác phân chia khối u) giảm dần Không gian mà khối tế bào phân chia chiếm giữ làm thay đổi phân chia không gian chúng với tế bào liền kề với tất tế bào xung quanh mạch máu gần Tất yếu tố môi trường cục nồng độ ôxi, glucôzơ ion H+ thay đổi Khi khối u bắt đầu xâm lấn, tế bào dẫn đầu xâm lấn chúng tiếp cận ổ sinh thái với hàng rào cách li đặc thù Cuối cùng, tế bào tách khỏi khối mô gốc di tới phần khác xa thể thông qua hệ mạch máu bạch huyết, phát triển thành khối u mới, mà phổ biến thường loại mô (“ổ sinh thái”) khác Trong giai đoạn trình hình thành khối u, biến đổi di truyền nhận mang lại cho tế bào khối u thuộc tính Một số khối u tích lũy thêm gen ung thư đột biến soma Trong trường hợp vậy, dòng tế bào mang đột biến nguyên phát đột biến thứ phát lan rộng tế bào số chúng tích lũy thêm đột biến bổ Tế bào đột biến phát tán sung tạo cho có ưu tăng sinh tích lũy thêm đột biến mới Tế bào lại hình thành nên dịng tế bào thích nghi với mơi trường cục Dịng tế bào tăng trưởng vượt trội so với dòng tế bào trước tiếp tục lan Tế bào đột biến rộng Bằng cách này, nhiều chu kì đột biến tiếp nối đợt nhân dòng tế bào cuối dẫn đến ung thư (Hình 13) Sự tiến hóa theo dịng tế bào Hình 13 Sự tiến hóa theo dòng tế bào ung thư trình động diễn Một tế bào ung thư tiền thân mang đột lặp lại nhiều lần Hai bước biến có ưu chọn lọc so với tế bào bình thường trình phát sinh đột biến Tế bào phân chia phát tán thành dòng tế lan rộng dòng tế bào tới bào Một tế bào dòng tế bào đột biến tiếp tục tích lũy đột biến thứ tăng thêm ưu chọn ổ sinh thái vốn thay đổi lặp lại Cả lọc Khối u kết tiến hóa theo dịng hai bước có vai trị quan trọng tế bào ung thư qua nhiều chu kỳ “đột biến” Các đột biến soma tạo “chọn lọc” (theo Kinzler Vogelstein, 2002) 27 Đinh Đồn Long kiểu hình thích nghi cho tồn tăng sinh, lan rộng tế bào lại cung cấp định hướng chọn lọc đột biến 16 Bao nhiêu đột biến tham gia vào phát sinh bệnh ung thư? Theo ước tính tại, hệ gen người có khoảng 20.000 đến 25.000 gen mã hóa cho protein Khoảng 350 gen (trên 1% tổng số) tìm thấy bị đột biến trường hợp ung thư khác nhau, chúng gen ung thư Trong số này, khoảng 90 % đột biến soma xuất tế bào ung thư, 20 % đột biến dòng sinh dục (được di truyền) có khoảng 10% xuất hai dạng kể Các đột biến xuất tế bào ung thư thuộc hai nhóm chức năng: (1) đột biến cần thiết cho phát sinh ung thư; (2) đột biến đơn xuất trinh phát sinh ung thư, không tham gia vào q trình Hai nhóm đột biến ví tương ứng giống “lái xe” “hành khách” Các đột biến tạo gen ung thư “lái xe” Các đột biến “lái xe” tạo kiểu hình có ưu chọn lọc q trình tiến hóa theo dịng, đẩy q trình phát sinh ung thư tiến phía trước Ngược lại, đột biến “hành khách” không xuất khối u kết chọn lọc, mà tình cờ có mặt tế bào chứa đột biến “lái xe” Khi dòng tế bào chứa gen ung thư nhân lên, đột biến “hành khách” đơn “chở” theo Các nghiên cứu gần cho thấy tranh chi tiết hệ gen ung thư Trong nghiên cứu mang tính đột phá thực Đại học Johns Hopkins (Hoa Kỳ) Viện Sanger (Anh), hàng trăm vùng mã hóa protein thu từ nhiều mẫu ung thư khác giải trình tự hồn tồn Chiến lược sàng lọc gen ung thư hiệu cao phát đột biến liên quan đến ung thư đa dạng nhiều so với dự đốn ban đầu Khoảng 100 gen tìm thấy loại ung thư Các gen bị đột biến ruột kết ung thư vú phân bệnh ung thư A tích kỹ lưỡng Trong số này, có 15 đến 25 gen xem đột biến “lái xe”, lại đột biến “hành khách” gen có vai trị chưa rõ Các gen bị đột biến Các gen bị đột biến Trong số gen ung thư, bệnh ung thư B bệnh ung thư C số xuất với tần số cao hẳn so với gen khác Các đột biến thường tìm thấy khác phân tích hai bệnh ung thư khác Các gen gây ung thư chung (xem Hình 14) Song, đột biến gen ung thư chung tìm thấy ca ung thư bệnh ung Hình 14 Các đột biến “lái xe” chung đặc thù với thư khác Các đột biến đặc thù mô Việc so sánh tập hợp đột biến gen tìm thấy bệnh ung thư khác (A, B C) cho với bệnh ung thư giúp xác thấy phần lớn đột biến “lái xe” đặc thù với định q trình tế bào bị sai mơ, có số đột biến chung hỏng tương ứng với loại bệnh bệnh ung thư Các gen gây ung thư chung gen gây ung thư có mức phổ biến cao ung thư định 28 Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn Các nghiên cứu sàng lọc gen ung thư hiệu cao giúp xác định đột biến xảy 1000 gen khác hai dạng ung thư phổ biến ung thư trực tràng ung thu vú Trong số gen đột biến, số đáng kể tìm thấy nhiều bệnh ung thư khác nhau, mà không giới hạn bệnh ung thư vú hay bệnh ung thư trực tràng Có khoảng 15 - 25 dạng biến đổi di truyền dẫn đến ung thư vú ung thư trực tràng nhiều so với số dự đoán từ nghiên cứu trước Các nỗ lực nhằm tái kiểu hình ung thư điều kiện invitro thu số liệu ước tính nhỏ Chẳng hạn, Robert Weinberg cộng công bố cần chuyển khoảng gen đột biến làm thay đổi thuộc tính tế bào người ni cấy đủ để gây khối u chúng tiêm vào chuột Việc so sánh kết thí nghiệm với kết nghiên cứu xác định gen ung thư sau cho thấy có lẽ mơ hình invitro q giản lược so với thực tế Mặc dù vậy, mơ hình invitro đến hiệu việc giúp xác định gen ung thư việc giúp giải thích cách mà gen hoạt động Một hướng nghiên cứu khác nhằm xác định số gen đột biến liên quan đến phát sinh ung thư tiến hành giải trình tự gen ứng cử viên gây ung thư Các gen ứng cử viên gây ung thư gen chọn để phân tích đột biến dựa tiêu trí: (1) chúng truyền qua hệ dịng họ có tỉ lệ mắc ung thư cao, (2) chúng xuất gần vùng NST bất thường tìm thấy phổ biến ca ung thư, (3) chức tế bào biết chúng, (4) mối quan hệ chúng với số gen có chức tế bào biết Hướng nghiên cứu gen ứng cử viên đạt nhiều thành công Một số gen ung thư phổ biến phát theo cách Nhược điểm hướng nghiên cứu bỏ sót gen ung thư alen đột biến xuất số ca ung thư, có vai trị đáng kể q trình phát sinh ung thư Một số gen bị bỏ sót có ảnh hưởng vừa phải tới thuộc tính tế bào phân tích (như khả sống sót phân chia); đó, khó nhận biết bị loại khỏi danh sách “ứng cử viên” Những nghiên cứu theo hường thường xác định khoảng – gen ung thư loại bệnh ung thư, nhiều so với số gen ung thư thực tế Mặc dù hệ gen phần lớn loại bệnh ung thư tiếp tục nghiên cứu chi tiết, nhận định loại bệnh ung thư khác có số gen ung thư khác Điều mơ khác có rào cản chống lại chọn lọc lan rộng theo dịng tế bào khác Ví dụ, số gen ung thư cần thiết cho phát sinh khối u lỏng, ung thư bạch cầu, có xu hướng so với số gen ung thư cần thiết cho phát sinh khối u rắn, ung thư ruột kết hay ung thư vú; có lẽ khối u lỏng khơng gặp phải rào cản vật lý chống lại phát tán chúng Giả thuyết ủng hộ chứng dịch tễ học Các bệnh ung thư phổ biến thường tác động vào người cao tuổi Tỉ lệ ung thư biểu mơ có xu hướng tăng nhanh độ tuổi, với số ca mắc bệnh tăng lên 100 lần độ tuổi cao tuổi trung niên (xem Hình 15) Sự tiến hóa theo dịng tế bào bệnh ung thư phổ biến diễn liên tục xác định khoảng mười năm Sự lan rộng dòng tế bào ung thư cuối chứa khoảng 15 – 25 đột biến người cao tuổi Ngược lại, bệnh ung thư ác tính phổ biến người tuổi ung thư bạch cầu dường có xu hướng cần đột biến Rất nhiều số liệu hữu ích thu thập từ nghiên cứu tiến hành nạn nhân sống sót Thế chiến thứ từ vụ nổ bom nguyên tử Hiroshima Nagasaki (Nhật bản) Theo bệnh ung thư bạch cầu trực tiếp bị tác động tương quan với liều lượng xạ ion hóa cao bắt đầu xuất vòng năm đầu tỉ lệ mắc bệnh đạt cực đại sau 29 Đinh Đoàn Long Tần số mắc bệnh ung thư (tính 100.000 cá thể) năm kể từ ngày vụ nổ xảy Trong tỉ lệ mắc bệnh ung thư có khối u rắn biểu tăng rõ rệt sau mười năm kể từ vụ nổ xảy Tuổi Hình 15 Tương quan tần số mắc bệnh ung thư độ tuổi Số liệu kết hợp từ nhiều điểm điều tra khác Thế giới khơng phân biệt giới tính 17 Ung thư ruột kết: Một mơ hình tìm hiểu hình thành khối u Sự tiến hóa theo dịng tế bào sở thuyết tiến hóa Đac-uyn giả thiết lý thú kết hợp khái niệm đột biến, lan rộng tế bào theo dịng tính thích nghi quần thể tế bào để giải thích cách mà khối u hình thành ngăn nội trú mơ Nhưng liệu giả thuyết có hay không? Bằng chứng ủng hộ cho phát sinh ung thư diễn qua bước phù hợp với tiến hóa theo dịng tế bào? Bằng chứng thuyết phục đến từ nghiên cứu ung thư ruột kết Các khối u xuất phát từ lớp biểu mô ruột kết trực tràng phổ biến Ước tính gần nửa dân số giới mang khối u ruột kết, phần lớn khối u lành tính Khoảng 5% trường hợp có khả phát sinh bệnh ung thư ruột kết; dù vậy, xét tính phổ biến, bệnh ung thư đứng THANH MẠC (serosa) thứ hai số ca tử vong Nếu Cơ dọc LỚP CƠ NGỒI Cơ vịng phân loại sở tế bào học, LỚP DƯỚI NIÊM MẠC (MÀNG NHÀY) loại phổ biến u tuyến bắt Cơ màng nhày MÀNG NHÀY Phiến màng nhày nguồn từ tế bào biểu mô Lớp tế bào biểu mô Không nhiều loại khối u khác, khối u ruột kết KHOANG RUỘT trực tràng dễ quan sát Bằng LÔNG NHUNG thiết bị nội soi, khối u quan sát mắt thường hầu hết giai đoạn phát triển lan rộng chúng Khi chẩn đốn, mẫu mơ phân lập để phân tích ADN Nhờ tính phổ biến dễ Tuyến màng nhày tiếp cận, khối u ruột kết mơ hình lí tưởng để nghiên cứu Hình 16 Cấu tạo màng nhày ống tiêu hóa người 30 Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn gen đóng góp vào phát sinh khối u Tập hợp lại, nghiên cứu bệnh ung thư cung cấp mơ hình giải thích cách gen ung thư tích lũy dẫn đến phát sinh ung thư Hệ tiêu hóa gồm phần mô phân khu xác định Một số loại tế bào tập hợp thành lớp mỏng thành ống tiêu hóa gọi màng nhày (Hình 16) Bề mặt màng nhày ruột bình thường gồm nhiều lơng nhung có vai trị làm tăng diện tích bề mặt ruột Lông nhung gồm lớp tế bào biểu bì chứa loại tế bào: tế bào hấp thu, tế bào cổ phễu tiết chất nhày tế bào biểu bì thần kinh Ở gốc lơng nhung có – tế bào gốc từ sản sinh tế bào trưởng thành lông nhung Các tế bào chủ yếu phân chia phần ba phía lơng nhung, biệt hóa hai phần ba phía cuối đẩy lên đỉnh lông nhung loại bỏ vào khoang ruột Các tế bào biểu mô lông nhung quần thể tế bào dòng bắt nguồn từ quần thể tế bào gốc có khả tự đổi Các lơng nhung thành ruột ngăn nội trú có phân khu xác định; đó, tế bào sinh ra, trưởng thành, biểu chức chết theo thứ tự vị trí Các khối u ruột kết nhỏ quan sát thấy tuyến nhầy ruột kính hiển vi tiêu nhuộm xanh methylen gọi điểm lông nhung dị thường (ACF) Tổn thương làm ảnh hưởng đến lông nhung gần Sự xuất ACF dấu hiệu cho thấy cân nội mô tinh tế tăng sinh tế bào, biệt hóa tế bào chết chúng bị xáo trộn Sự bộc lộ rõ khối u ruột kết u thịt nhỏ (polyp), biểu tăng trưởng tế bào mở rộng phía thành ruột, đồng thời nhơ khoang ruột (Hình 17) Các u thịt polyp phân loại thành hai nhóm theo đặc điểm tế bào học: polyp không loạn phát triển (polyp độ dẻo cao) polyp loạn phát triển (polyp tuyến) Polyp độ dẻo cao có cấu trúc biểu mô trật tự, giống với lông nhung bình thường Đây khối u lành tính có khả tiến triển thành ung thư Ngược lại, khối u tuyến có mức độ hỗn loạn tế bào rõ rệt Các tế bào biểu mô lúc xếp chồng lên thành nhiều lớp, có nhân lớn vị trí khơng điển hình tế bào Các u tuyến lớn thường có phần nhơ lơng nhung loạn phát triển có hình thái giống “lơng tơ” Các u tuyến hỗn loạn tăng trưởng kích thước; chúng trở nên xâm lấn mơ xung quanh trở thành ác tính Sự tăng trưởng khối u khơng liên tục Ví dụ, u thịt polyp Các u thịt “nằm ngủ” vài năm (polyp) chí hàng chục năm Nhưng đột biến diễn tế bào sóng tăng sinh diễn Một tỷ lệ đáng kể polyp u tuyến phát triển thành dạng bất thường trở thành u ác tính Về mặt kích thước nhận biết u tuyến có tiềm phát Hình 17 Hai loại u thịt (polyp) ruột Một loại phẳng (polyp triển Một số u tuyến có khơng loạn phát triển) cịn loại nhơ khoang ruột (polyp đường kính nhỏ 10mm loạn phát triển / polyp tuyến) 31 Đinh Đoàn Long phát triển thành u ác tính, u tuyến lớn lơn 10 mm chiếm khoảng 15% số phát triển thành u ác vịng 10 năm sau Đặc tính ưng thư trực tràng di tới hạch bạch huyết màng treo ruột xa tới gan Polyp lành thường phẫu thuật cắt bỏ sau khám nghiệm ruột kết, cịn u ác tính địi hỏi phải cắt bỏ nhiều để tránh để lại tế bào mầm ung thư Khả chữa khỏi thấp khối u di Trong trường hợp này, chữa trị phẫu thuật cần kết hợp với hóa trị liệu chiếu xạ Các biện pháp làm giảm không triệt để; khoảng 40% bệnh nhân có nguy tử vong vịng năm điều trị Trong nghiên cứu từ năm 1980-1990, Bert Vogelstein, Kenneth Kinzle cộng chứng minh đột biến di truyền diễn phát triển ung thư trực tràng Mối quan hệ giai đoạn phát sinh ưng thư trực tràng với đột biến gen chung phổ biến biểu diễn qua sơ đồ Vogel (Hình 18) Những nghiên cứu ví dụ điển hình nhiều gen ung thư góp phần tác động tới phát sinh phát triển khối u Mơ bình thường U tuyến nhỏ U tuyến lớn Ung thư Di Mất ổn định di truyền tăng dần Hình 18 Các đột biến tích lũy q trình phát sinh ung thư ruột kết - sơ đồ Vogel (theo Fearon Vogelstein, 1990) 18 Các tế bào ung thư có phân chia nhanh so với tế bào bình thường không? Ung thư thường mô tả vắn tắt bệnh gây nên tế bào phân chia “khơng thể kiểm sốt” Đó nhận định Các tế bào ung thư không đáp ứng với tín hiệu điều khiển ức chế tăng sinh tế bào, chẳng hạn tín hiệu ức chế tiếp xúc, tín hiệu thể dịch tín hiệu trao đổi chất khác, vốn làm dừng phân chia tế bào bình thường Tuy nhiên, nhiều người thường nghĩ tế bào ung thư phân chia “khơng thể kiểm sốt” phân chia nhanh so với tế bào bình thường Song, thực tế cho thấy xu không mà lại có xu hướng ngược lại Nhiều khối u ác tính, chẳng hạn khối u ruột kết phần lớn phát người cao tuổi kết hàng chục năm tiến hóa theo dịng tế bào Khi mà u tuyến đạt đường kính 10 nm có khả tiến triển thành ung thư ác tính, chứa đến 109 tế bào Số lượng tế bào tương đương với 31 lần phân bào xuất phát từ tế bào (230 = 109; tất tế bào nhân đôi) Tỉ lệ số tế bào khối u có khả phân chia chưa có số liệu thống Mặc dù vậy, có chứng cho thấy tế bào ung thư tăng trưởng phân chia tốc độ nhanh so với tế bào gốc lông nhung ruột Các tế bào biểu mơ bình thường lông nhung ruột thay sau – ngày nhờ phân chia tế bào gốc Với tốc độ này, tế bào 32 Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn biểu mơ lơng nhung ruột bình thường “chuyển giao” khoảng 100 lượt năm Bằng cách tính đơn giản thấy tế bào gốc tạo tế bào biểu mô ruột bình thường có tốc độ phân chia nhanh nhiều so với tế bào khối u phân chia khối u ruột kết Tốc độ tăng sinh cao bất thường tế bào khối u khơng thiết tương quan với trọng lượng điển hình khối u khoảng thời gian phát sinh khối u Từ quan điểm lý thuyết, khơng có ngun nhân địi hỏi tế bào khối u phải phân chia nhanh tế bào bình thường khác Ý tưởng mơ hình tiến hóa theo dịng tế bào cho khối u tiếp tục phân chia (nghĩa không chết) điều kiện môi trường cục thay đổi trở nên thích nghi với Một chu kì tế bào ngắn khơng thiết phản ánh ưu sống sót cao hơn, đặc biệt ổ sinh thái mà nguồn sống hạn chế Một số dạng ung thư thực tế lại ức chế tăng trưởng Ở nhiều trường hợp ung thư, rõ phân bào gặp khó khăn bất thường NST Nhiều tế bào ung thư có số lượng cấu trúc NST bất thường Những bất thường gây cản trở máy phân li NST nguyên phân Một số nghiên cứu tế bào ung thư phân chia phát thấy số NST bị kẹt lại giai đoạn phân Hình 19 Cầu nối kì sau Khi kết thúc nguyên phân, hai tế bào ung dính với qua cầu nối nhiễm sắc thể chúng tách hai tế bào con; thư khơng phân ly hồn tồn tượng gọi cầu nối kì sau (xem Hình 19) Khiếm khuyết gây khó khăn phân bào, lý thuyết điều làm q trình phân bào tế bào ung thư trở nên hiệu Cũng theo cách đó, tế bào ung thư dùng dạng trao đổi chất hiệu để thích nghị với “ổ sinh thái tế bào” bất thuận; chu kỳ tế bào có biểu bất thường Có thể giả thiết, hiệu phân bào bị “lu mờ” ưu tiến hóa gây mức độ ổn định thấp vật chất di truyền 19 Gen ung thư tế bào sinh dục cho phép khối u tắt qua số bước trình tiến hóa theo dịng tế bào Đến đây, coi đột biến soma nguồn biến dị di truyền cho trình chọn lọc dòng tế bào Ở nhiều trường hợp ung thư, số gen ung thư tham gia vào trình hình thành khối u thực tế bao gồm gen giữ vai trị quan trọng q trình chọn lọc dịng tế bào 33 Đinh Đồn Long Các gen ung thư KIỂU DI TRUYỀN TRỘI TRÊN NST THƯỜNG bẩm sinh làm tăng Bố mắc Mẹ bình thường bệnh nguy ung thư Một tượng quan trọng quan sát thấy ca ung thư dịng họ có tần số mắc ung thư cao Bình thường (xu hướng ung thư di Mắc bệnh truyền) thường xuất tuổi trẻ Rõ ràng, gen ung thư di truyền có đóng góp tích cực vào q trình chọn lọc dịng tế bào hình thành khối u Con trai Con gái Con trai Con gái Các gen ung thư mắc bệnh bình thường bình thường mắc bệnh nghiên cứu kĩ tới thường có kiểu di Hình 20 Nguy mắc ung thư di truyền theo kiểu truyền trội NST gen trội NST thường Theo kiểu di truyền này, nửa số thường Trong mang gen (thực chất alen) gây ung thư theo dòng sinh dục trường hợp này, cần truyền từ cá thể thân sinh (bố / mẹ) mắc bệnh alen ung thư đủ để gây nên kiểu hình có liên quan, nguy ung thư tăng lên Theo định luật di truyền Menđen, nửa số người mang gen ung thư mang gen có nguy mắc bệnh ung thư cao (Hình 20) Điều cần lưu ý phát sinh ung thư phụ thuộc vào tích lũy số lượng định đột biến soma vốn khơng dự đốn theo quy luật di truyền học Menđen, nguy mắc ung thư di truyền gen ung thư tuân theo kiểu di truyền Menđen Gen ung thư dòng sinh dục làm tăng nguy ung thư gen thực chất “đường tắt” Lúc này, số bước vốn thông thường làm hạn chế tốc độ phát sinh ung thư bị Sự có mặt gen ung thư dòng sinh dục dòng tế bào lan rộng thực tế cho phép dòng tế bào bỏ qua tích lũy số đột biến cần thiết để tiếp tục lan rộng Một gen ung thư di truyền giúp tế bào bỏ tắt số bước q trình phát sinh ung thư, qua làm tăng nguy mắc ung thư suốt thời gian sống cá thể gây phát sinh ung thư từ cá thể trẻ Quan sát hoàn toàn phù hợp ủng hộ quan điểm cho tiến hóa theo dịng tế bào ưu tiên chọn lọc tế bào mang gen ung thư 20 Tóm lược lý thuyết gen ung thư chọn lọc dòng tế bào ung thư Trong tìm hiểu số nội dung lý thuyết gen ung thư Chúng ta biết cách gen ung thư tích lũy dịng tế bào ung thư phát triển sở khái niệm từ thuyết tiến hóa Đac-uyn Những khái niệm minh họa ví dụ dạng ung thư ruột kết di truyền đơn phát Sơ đồ Vogel khái quát hóa lý thuyết gen ung thư qua giải thích cách mà thay đổi kiểu gen làm thay đổi kiểu hình tiến hóa khối u (Hình 18) Một số khái niệm liên quan đến lý thuyết gen ung thư chọn lọc dòng tế bào cần quan tâm gồm có: 34 Sự phát sinh ung thư … sở thuyết tiến hóa Đác-Uyn - Sự phát sinh ung thư liên quan đến hai loại gen ung thư Quá trình phát sinh khối u đột biến tích lũy dẫn đến hoạt hóa gen ung thư (oncogene) làm chức gen át chế khối u (tumor-suppressor gene) - Ung thư biểu ổn định di truyền tăng dần Tốc độ đột biến tái cấu trúc di truyền diễn phức tạp trình phát sinh khối u; trình phát sinh khối u, biến đổi di truyền tích lũy dần - Các loại tế bào ung thư khác thường chứa gen ung thư khác Các khối u phát sinh mơ khác thường có sai hỏng di truyền đặc thù Những sai hỏng trùng không trùng với sai hỏng bệnh ung thư khác Mặc dù sơ đồ Vogel phát sinh ung thư biểu mô ruột, song nguyên lý áp dụng cho bệnh ung thư khác - Các gen ung thư xác định mục tiêu tiềm cho biện pháp điều trị Các gen biến đổi giai đoạn khác trình phát sinh khối u mục tiêu phân tử cho can thiệp lâm sàng Nếu gen liên quan đến giai đoạn đầu trình phát sinh khối u cần quan tâm chiến lược phát sớm phòng tránh ung thư, đột biến muộn đích điều trị sau ung thư phát sinh Tài liệu đọc thêm 1) Đinh Đoàn Long Đỗ Lê Thăng Cơ sở di truyền học phân tử tế bào Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội (2009) Chương VIII Chu trình tế bào sở di truyền học ung thư, trang 246 – 266 2) Đỗ Lê Thăng Đinh Đoàn Long Chú giải di truyền học Nxb Giáo Dục (2007) Phần VI.B: Di truyền học ung thư, trang 239 – 244 3) Lê Duy Thành, Tạ Toàn, Đỗ Lê Thăng, Đinh Đoàn Long Di truyền học Nxb Khoa học Kỹ thuật (2007) Mục 9.4: Biến dị nhiễm sắc thể ung thư, trang 205 – 207 Một số chủ đề thảo luận câu hỏi ôn tập 1) Tại nói: khái quát hóa bệnh truyền nhiễm bệnh ung thư có nhiều đặc điểm tương đồng Đặc điểm tương đồng nguyên hai nhóm bệnh gì? 2) Trình tự 5’-CG-3’ (đảo CpG) gặp phân bố không hệ gen người, tìm thấy phổ biến vùng khởi đầu phiên mã (promoter) nhiều gen Hãy nêu chế di truyền phân tử giúp giải thích tượng 3) Tại đột biến thay đơn nucleotit (SNP) thường đột biến gen phổ biến cá thể loài sống? 4) Trong trình phát sinh ung thư, gen ung thư xuất qua đường nào? 5) Những dạng đột biến bắt gặp tế bào ung thư? Tại nhiều tế bào ung thư đồng thời bắt gặp nhiều dạng đột biến khác vốn thấy tế bào bình thường? 6) Tại ví mơ thể q trình tiến hóa theo dịng tế bào ung thư giống "ổ sinh thái" trình tiến hóa hình thành lồi? 7) Trên sở thuyết tiến hóa Đac-uyn, nêu điểm tương đồng q trình tiến hóa theo dịng tế bào ung thư với tiến hóa hình thành lồi 8) Tại nói "lực lượng" hệ miễn dịch dường ban đầu huy động nhằm tìm loại bỏ tế bào ung thư lại trở thành động lực để tế bào ung thư phát triển giai đoạn cuối hình thành khối u ác tính? 35