Bài giảng Di truyền đa gen và đa nhân tố ở người

Trang 7 SINH HỌC PHÂN TỬ & DI TRUYỀN HỌC Trang 8 MỤC TIấU 7 đặc điểm di truyền đa nhõn tố 5 nguyờn tắc dự bỏo nguy cơ tỏi mắc bệnh di truyền đa nhõn tố ở thế hệ sau 5 nguyờn tắc dự bỏo

>>10 top areas of innovation:

1

10

SINH HỌC PHÂN TỬ & DI TRUYỀN HỌC

DI TRUYỀN ĐA GEN VÀ

ĐA NHÂN TỐ Ở NGƯỜI

MỤC TIÊU

7 đặc điểm di truyền đa nhân tố

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

Một số bệnh đa gen & đa nhân tố ở người

Một số khái niệm cơ bản

Một số khái niệm cơ bản

• Di truyền đa gen (polygenic traits/diseases) – Sự

biểu hiện tính trạng/bệnh bị kiểm soát bởi nhiều gen không alen, trong đó mỗi gen thành viên chỉ tác động nhỏ không đủ tạo nên sự thay đổi kiểu hình; khi nhiều gen tác động theo một hướng mới

đủ lượng để thay đổi kiểu hình (quan sát được)

• Di truyền đa nhân tố (multiple factorial

traits/diseases) – Có sự tham gia của nhiều gen

không alen, dưới sự tác động (đóng góp) của các tác nhân môi trường; sự tương tác giữa các gen thành viên và phối hợp với yếu tố môi trường quyết định kiểu hình của tính trạng / bệnh tật

Quy luật di truyền

MỤC TIÊU

7 đặc điểm di truyền đa nhân tố

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

Một số bệnh đa gen & đa nhân tố ở người

Case-study: Dược di truyền (pharmacogenetics) Một số khái niệm cơ bản

Đặc điểm di truyền đa nhân tố

• Thường đo, đếm được (tính trạng số lượng)

• Biểu hiện đa dạng

• Biến thiên liên tục

• Tích gộp của nhiều gen và môi trường qua “ngưỡng bệnh”

• Chiếm tỉ lệ lớn trong các bệnh di truyền (25%) VD: trong các bệnh tim mạch di truyền, có 5% bất thường NST, 3% do đột biến đơn gen, còn lại di truyền theo kiểu

đa nhân tố

• Mỗi yếu tố thành viên không quyết định sự biểu hiện

MỤC TIÊU

7 đặc điểm di truyền đa nhân tố

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

Một số bệnh đa gen & đa nhân tố ở người

Case-study: Dược di truyền (pharmacogenetics) Một số khái niệm cơ bản

MỤC TIÊU

7 đặc điểm di truyền đa nhân tố

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

5 nguyên tắc dự báo nguy cơ tái mắc bệnh di truyền đa nhân tố ở thế hệ sau

Đặc điểm di truyền một số bệnh đa nhân tố ở người

Đặc điểm di truyền một số bệnh đa nhân tố ở người

Case-study: Dược di truyền (pharmacogenetics) Một số khái niệm cơ bản

Dự báo nguy cơ tái mắc bệnh

• Dựa vào nguy cơ kinh nghiệm (dựa vào thống kê dịch

tễ học) Vd Bệnh sứt môi – nứt khẩu cái, họ hàng bậc 1 tái mắc 4,1%, bậc 2 tái mắc 0,8%

• Thế hệ càng xa, nguy cơ càng giảm Vd Bệnh động

kinh, bố/mẹ và một người con mắc bệnh, nguy cơ tái mắc 15%, bố & mẹ bình thường, con mắc bệnh, nguy cơ tái mắc 3% (ở thế hệ 1); ở thế hệ 2 giảm dưới 3%

• Nguy cơ tái mắc theo số người trong gia đình

• Nguy cơ tái mắc tăng theo độ trầm trọng của bệnh

• Khi có tỷ lệ khác biệt về giới, giới có tỷ lệ cao có

Câu hỏi ứng dụng

Câu hỏi Ở các bệnh lý đa nhân tố như Tâm thần phân liệt nguy cơ tái xuất hiện sẽ lớn nhất đối với

ai trong dòng họ có người mắc bệnh?

A Anh (em) trai ruột

B Cháu trai (con của anh, chị, em ruột)

C Cháu nội hoặc ngoại (con của con trai/gái ruột)

D Cô (dì, thím, mợ, bác gái) ruột

E Anh (em) trai cùng cha khác mẹ

21

I Khái niệm và thuật ngữ chính

Đơn gen: những biến dị di truyền liên quan đến đột biến xảy ra ở một gen duy nhất

Đa gen: những biến dị di truyền do đột biến liên quan đến hai hay nhiều gen

Đa hình: những biến dị đơn gen xuất hiện phổ biến (tần số > 1% trong quần thể)

• Liên kết protein bào chất

• Chuyển hóa thuốc

• Các thụ thể

• Các kênh ion

• Các enzym

đặc điểm của thuốc tân dợc (thuốc có nguồn gốc tổng hợp)

và thuốc đông dợc (thuốc có nguồn gốc tự nhiên) và thuốc

Đặc điểm của thuốc

tân dợc

Đặc điểm của thuốc đông

d-ợc (hiện nay phần lớn từ các loài thảo mộc)

Các hoạt chất có hoạt tính sinh học

đợc chiết xuất từ các loài cây thuốc, kèm theo nhiều hợp chất không có hoạt tính sinh học khác đi kèm

Tại sao phải phát hiện và đánh giá các hợp chất có hoạt tính sinh học

từ các loài cây thuốc?

Các mục tiêu phân tử tác dụng của thuốc

Thành phần hoá học tổng cộng

của các dịch chiết từ thảo mộc

Các hợp chất có hoạt tính sinh học

Các mục tiêu phân tử tác dụng của

thuốc (các loại prôtêin, receptor,

enzym Là mục tiêu tác dụng của

thuốc)

Ví dụ về các prôtêin là mục tiêu tác dụng của thuốc

• Hệ tim, mạch và máu: 1-adenoreceptor, 2-adenoreceptor,

imidazoline receptor, -adenoreceptor, 1-adenoreceptor,

2-adenoreceptor, adenosine A1 receptor, adenosine A2 receptor, adenosine A3 receptor, enzym ACE (angiotensin-converting enzyme), angiotensin receptor, PAF (platelet activating factor), endothelin receptor, ECE (endothelin converting receptor), EDRF (endothelin-derived relaxing factor), kênh trao đổi điện thế

Na + /H + , các enzym adenylate cyclaza, kinaza phụ thuộc cATP, ANF (atrial natriuretic factor), kênh Ca 2+ , fibrinogen receptor,

• Đờng tiết niệu: enzym carbonic anhydraza, kênh trao đổi ion

(Na + -alanin), enzym xanthin oxydaza, kênh trao đổi urate/anion,

• Hệ hô hấp: Histamine H 1 receptor, Histamine H 2 receptor, 

receptor,

Ví dụ về các prôtêin là mục tiêu tác dụng của thuốc

• Các hoạt động của hệ thần kinh: GABA A receptor, GABA B

receptor, benzodiazepin receptor, serotonin (5-HT 1A , 5-HT 1B ,

5-HT 2 , 5-HT 3 , 5-HT 5 , 5-HT 6 , 5-HT 7 ) receptor, histamine H 2 receptor, histamine H 3 receptor, glutamate receptor, phức hệ NMDA receptor, glycin receptor, dopamine (D1, D2, D3, D4) receptor, 1-adrenergic receptor,

• Các hoạt động liên quan đến trí nhớ: enzym acetylcholine

esteraza, enzym butyrylcholine esteraza, enzym choline esteraza, muscarinic cholinergic receptor, nicotinic cholinergic receptor

• Mục tiêu tác dụng các các thuốc giảm đau, kháng viêm, hạ sốt:

opioid ( , , ) receptor, nociceptin receptor, vanilloid receptor,

Ví dụ về các receptor là mục tiêu tác dụng của thuốc

• Hệ miễn dịch: histamine H 2 receptors, enzym dihydro-orotate

dehydrogenaza,

• Hệ tiêu hoá: gastin receptor, bombesin receptor, acetylcholine

receptor, histamine H 2 receptor, histamine H 1 receptor, secretin receptor, cholecystokinin receptor, enzym adenylate cyclaza, kênh trao đổi H + /K + -ATPaza,

• Bệnh đái tháo đờng: insulin receptor, glucagon receptor, amylin

receptor,  receptor, sulfonylurea receptor, enzym

-glucozidaza,

• Bệnh béo phì: 3 - adrenoceptor, neuropeptide Y receptor, orexin

receptor, galanin receptor,

Ví dụ về các receptor là mục tiêu tác dụng của thuốc

• Các bệnh liên quan đến hệ nội tiết: corticoid receptor, steroid

receptor, enzyme tyrosine aminotransferaza, mineralcorticoid receptor, estrogen receptor, enzyme 5 -reductaza, enzyme

aromataza (estrogen synthetaza), gestagen receptor, enzyme alkaline phosphatase, androgen receptor, testosterone receptor, iodine releaza, calcitonin receptor, PTH (parathyoid hormone) receptor, LH (luteinizing hormone) receptor, hCG (human chorionic gonadotropin) receptor, GHR (growth hormone regulation) receptor, ACTH (adrenocorticotropic hormone) receptor, vasopressin receptor, TRH (thyrotropin releasing hormone) receptor, CRH (corticotropin releasing hormone) receptor, melanocortin receptor,

Ví dụ về các receptor là mục tiêu tác dụng của thuốc

Cấu trúc hoá học một số dợc chất hoạt động theo cơ chế ức chế enzyme

A) Acetazolamide ( ức chế enzym carboanhydraza );

B) Enalaprin ( ức chế enzym ACE - angiotensin converting enzym );

C) Acetaminophen ( ức chế enzym cyclooxygenaza )

(A)

(B)

(C)

Ví dụ về các receptor là mục tiêu tác dụng của thuốc

động)

Phospholipaza (bất hoạt)

Phospholipaza (hoạt

động)

Tế bào cơ trơn thành mạch

Co cơ

Ví dụ về các receptor là mục tiêu tác dụng của thuốc

Receptor histamine H 2 tìm thấy trên tế bào màng nhày dạ dày, liên quan đến

sự tiết ra HCl vào trong dạ dày HCl có vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hoá và kháng khuẩn, nhng là tác nhân gây loét dạ dày

A) Sơ đồ mô tả vai trò của H 2 -receptor trong bệnh loét dạ dày B) Cimetidine

là chất đối vận trên H 2 -receptor, và là dợc chất chữa loét dạ dày theo cơ chế

đối vận receptor histamine H 2 đợc sử dụng đầu tiên trong lâm sàng

Histamine Thành tế bào màng nhày dạ dày

Phản ứng: tiết axít chlohydric (HCl) Loét dạ dày

(A)

(B)

Di truyền học dược lý và Hệ gen học dược lý

 Sử dụng thông tin về trình tự ADN của mỗi cá thể nhằm xác định hoặc dự đoán được khả năng đáp ứng với

thuốc của từng cơ thể

 Di truyền học dược lý nghiên cứu các biến dị trong

phạm vi các gen riêng rẽ, trong khi Hệ gen học dược lý phân tích đồng thời nhiều biến dị trong mỗi hệ gen

 Phân tích biến động về khả năng đáp ứng thuốc do các

cơ chế di truyền điều khiển

 Hệ gen học dược lý cho phép phân tích hàng nghìn SNP đồng thời từ một lượng mẫu sinh phẩm nhỏ ban đầu

• Di truyền học dược lý (DTHDL)

(Pharmacogenetics), môn khoa học

nghiên cứu tác động của sự đa dạng di

truyền đối với đáp ứng và cơ chế

chuyển hóa các dược phẩm

Đa hình dựa trên đơn nucleotide là trọng tâm nghiên cứu của Di Truyền học Dược lý

• Đa hình dựa trên đơn nucleotide (single nucleotide polymorphism,SNP) là một biến dị trong trình tự ADN, khác biệt chỉ về một

nucleotide giữa các cá thể trong loài, hoặc giữa các nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng của cùng một

cá thể

Hình 1 Đa hình SNP

• SNP là trọng tâm nghiên cứu

của DTHDL vì:

– SNP là loại biến dị di truyền phổ biến (trong hệ gen người có ~10 triệu SNP, chiếm 90% các dạng đột biện) và ổn định (đa số là đột biến trung tính)  sử dụng làm dấu chuẩn di truyền chỉ thị cho gen liên quan đến bệnh lý và đáp ứng với thuốc

– Bản thân SNP có thể gây ra biến đổi trong chức năng hoạt động

Sự phân bố của các đa hình

Mô hình phát hiện các đa hình di truyền liên quan đến đáp

ứng sử dụng thuốc khác nhau

Các kiểu hình quan sát được

qua các nghiên cứu phả hệ

Các đa hình ở các gen đích (tham gia vào các quá trình chuyển hóa; vận chuyển hoặc là các phân tử mục tiêu tác dụng của thuốc)

D HOẠT TÍNH

CYP2D6

CYP2D6

OH

Khả năng chuyển hóa

debrisoquine (điều trị cao

huyết áp) Xem thêm: Smith

CAD European

Biopharmaceutical Review J 4,

2005

Số lượng các phân tử mục tiêu tác dụng của thuốc dự đoán

tìm thấy sau dự án Giải trình tự hệ gen người (HGP)

Số mục tiêu tác dụng của thuốc

12.000

6.000 4.000 2.000

10.000 8.000

Khoảng 1000

5.000–10.000

Phân loại theo chức năng

 Các gen gây bệnh được phân loại theo chức năng tương đối

Các bệnh di truyền có thể là hậu quả đột biến ở một hay nhiều gen

 Nhiều bệnh di truyền “kinh điển” là hậu quả đột biến xảy ra ở một gen duy nhất (bệnh di truyền đơn gen)

 Múa giật Huntington, Hóa xơ nang, Tay-Sachs, PKU, …

 Tuy vậy có nhiều bệnh là hậu quả sai hỏng xảy ra đồng thời ở

nhiều gen

 Hen suyễn (di truyền), Tim mạch (bẩm sinh), Ung thư, …

 Mỗi một gen đột biến trong những gen này thường được xem là một yếu tố rủi ro làm tăng nguy cơ mắc bệnh

 Nhiều protein hoặc là các nhân tố chuyển hóa

hoặc trực tiếp là mục tiêu tác dụng của thuốc

 Các protein khác có thể trực tiếp làm tăng

hoặc ức chế hoạt tính sinh học của thuốc

 Có các gen tham gia điều hòa các phản ứng

phụ của thuốc

Mối tương tác thuốc và các sản phẩm của gen

Một số ví dụ

đa hình của gen mã hóa enzym

Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) dẫn đến chứng thiếu máu huyết khi được điều trị bằng thuốc chống sốt rét primaquine

47

 Hoạt tính enzym Glucose-6-phosphate dehydrogenase

Ảnh hưởng đến >100 triệu người trên thế giới

R-NH 2 CYP

MPO PGH Synthase

R-NOH

HỒNG CẦU R-NOH

O 2

HgbFe +2

R-NO HgbFe +3

Ôxy hoat động

NADH

NAD+

MetHgb Reductase

NADPH hoặc GSH(?)

NADP+ hoặc GSSG(?)

Chuyển hóa

Primaquine

bởi G6PD

SOD Catalase GSH Peroxidase

Giải độc

Ứ máu tại lách

Thiếu máu huyết

GSH

Semi-mercaptal sulfinamide

R-NH 2

Các dược chất làm tăng bệnh thiếu máu huyết ở

những người thiểu năng G6PD

Acetanilide Nitrofurantoin Primaquine

Methylene Blue Sulfacetamide Nalidixic Acid

Naphthalene Sulfanilamide Sulfapyridine

Sulfamethoxazole

TẦN SỐ THIỂU NĂNG G6PD Ở CÁC QUẦN

THỂ NGƯỜI KHÁC NHAU

Quần thể Tỉ lệ (%)

Châu Á Trung quốc 2 Philippin 13

Ấn độ - Pasô 16

Micrônêsia <1

 0,04% (1/2500) người đồng hợp tử

về alen mã hóa

pseudocholineseterase không có khả năng bất hoạt thuốc giãn cơ

succinylcholine dẫn đến biểu hiện liệt hô hấp

• Hoạt động nhanh, có tác dụng phục hồi dãn cơ nhanh

• Ở người bình thường gây tê khoảng 2 - 6 phút

Thủy phân bởi cholinesterase

53

• Enzym cholinesterase “đột biến” có ái lực với

succinylcholine chỉ bằng 1/100 so với enzyme kiểu dại (wt)

• Tần số xuất hiện là 1:2500 cá thể

• Thử nghiệm lâm sàng qua hoạt tính ức chế thủy phân

benzoylcholine bởi dibucaine

0 20 40 60 80 100

• Enzym cholinesterase “đột biến” có ái lực với

succinylcholine chỉ bằng 1/100 so với enzyme kiểu dại (wt)

• Thử nghiệm lâm sàng qua hoạt tính ức chế thủy phân

benzoylcholine bởi dibucaine

• Các nghiên cứu phả hệ cho thấy biến đổi về hoạt tính

cholinesterase liên quan trực tiếp đến 2 alen nằm trên

NST thường có biểu hiện đồng trội

• Ngoài ra còn liên quan đến một số đột biến khác hiếm

gặp hơn

 Có nhiều alen đa hình ở gen mã hóa NAT2

(acetlytransferase) có xu hướng làm giảm

(hoặc đôi khi làm tăng) khả năng bất hoạt

thuốc họ isoniazid

 Một số cá thể có triệu chứng rối loạn thần

kinh ngoại biên khi sử dụng họ thuốc này

 Một số alen của NAT2 liên quan đến nguy cơ mắc một số dạng bệnh ung thư

C Sự chuyển hóa isoniazid (chữa lao phổi)

PHÂN BỐ KIỂU HÌNH CHUYỂN HÓA ACETYL Ở

CÁC QUẦN THỂ NGƯỜI KHÁC NHAU

Quần thể % Chậm % Nhanh dị hợp % Nhanh đồng hợp

Mối quan hệ giữa hiệu quả điều trị bệnh luput của

Procainamide với tốc độ chuyển hóa acetyl.

Nguồn: Woosley RL, et al N Engl J Med 298:1157-1159, 1978

59

NH 2 C

O (H 3 CH 2 C) 2 NH 2 CH 2 CHN

PROCAINAMIDE

NH C

O (H 3 CH 2 C) 2 NH 2 CH 2 CHN CCH 3

O NHOH

C

O (H 3 CH 2 C) 2 NH 2 CH 2 CHN

NAT CYP450

PROCAINAMIDE HYDROXYLAMINE N-ACETYLPROCAINAMIDE

Cytochrome P450

 ~10% cá thể thuộc quần thể Capcazơ là đồng hợp tử đột biến về gen Cytochrome P450 - CYP2D6 – mất khả năng chuyển

hóa thuốc chống tăng huyết áp

debrisoquine ở mức phù hợp, dẫn đến

nguy cơ bị tăng huyết áp mạch vành nguy hiểm

61

Kiểu hình chuyển hóa Debrisoquine ở những

người có kiểu gen CYP2D6 khác nhau

Subjects

Metabolic Ratio

(CYP2D6L) 2 – lặp gen; CYP2D6A – đột biến mất một nucleotit

CYP2D6B – đột biến điểm tại một số vị trí

Nguồn: Agundez JG et al Clin Pharmacol Ther 57:265, 1995