đề tài di truyền học với vấn đề lựa chọn giới tính trong sinh sản ở người

Hiện tượng này dẫn đến kết quả được gọi là “ sự bù đắp về liều lượng gene” Gene dosage compensation làm cho sản phẩm của gene liên kết với nhiễm sắc thể X của nam và nữ ngang nhau.. Sự d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP

TRƯỜNG SƯ PHẠM KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN



BÀI TẬP LỚN

TÊN ĐỀ TÀI: DI TRUYỀN HỌC VỚI VẤN ĐỀ LỰA CHỌN

GIỚI TÍNH TRONG SINH SẢN Ở NGƯỜI

Giảng viên hướng dẫn: TS.GVC Nguyễn Kim Búp Sinh viên thực hiện: Huỳnh Ngọc Phương Thy

Mã số sinh viên: 4323440128 Tên lớp: ĐHSKHTN23A-L2-BP

ĐỒNG THÁP, NĂM 2024

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

NỘI DUNG 3

I Cấu trúc DNA và cơ chế tế bào học xác định giới tính bằng nhiễm sắc thể 3

1 Cấu trúc DNA 3

2 Cơ chế tế bào học xác định giới tính bằng nhiễm sắc thể 4

II Sự di truyền Mendel ở người 4

1 Các tính trạng lặn 4

2 Các tính trạng trội 5

III Nhiễm sắc thể Y và chất nhiễm sắc giới tính của người 5

1 Nhiễm sắc thể Y của người 5

2 Chất nhiễm sắc thể giới tính của người 6

IV Sự di truyền các gene trội lặn nhiễm sắc thể giới tính 7

1 Sự di truyền gen lặn liên kết với nhiễm sắc thể X 7

2 Sự di truyền gen trội liên kết với nhiễm sắc thể X 9

3 Sự di truyền liên kết với nhiễm sắc thể Y 9

V Một số thành tựu di truyền học về vấn đề lựa chọn giới tính trong sinh sản ở người 10

1 Xét nghiệm NIPT 10

2 Liệu pháp gene di truyền 10

VI Ứng dụng di truyền học với vấn đề lựa chọn giới tính trong sinh sản ở người 10

1 Ứng dụng di truyền học trong lựa chọn giới tính 10

2 Ứng dụng di truyền học trong sàng lọc và chuẩn đoán các bệnh do nhiễm sắc thể gây ra 10

3 Ứng dụng di truyền học trong sàng lọc và chuẩn đoán các bệnh di truyền do rối loạn chuyển hoá 13

KẾT LUẬN 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

MỞ ĐẦU

Theo quan niệm của Bateson (1906), di truyền học (genetics) là khoa học nghiên cứu các đặc tính di truyền và biến dị vốn có của mọi sinh vật cùng với các nguyên tắc và phương pháp điều khiển các đặc tính đó Ở đây, tính di truyền (heredity) được biểu hiện ở

sự giống nhau giữa con cái với cha mẹ; và tính biến dị (variability) biểu hiện ở sự sai khác giữa cha mẹ và con cái cũng như giữa các con cái với nhau

Di truyền liên kết giới tính là quá trình di truyền tính trạng biểu hiện cùng với giới tính (giới tính nam hoặc giới tính nữ) Quá trình này biểu hiện ở hiện tượng: tính trạng không thuộc giới tính (gọi là tính trạng thường) hay xuất hiện ở giới này (nam hoặc nữ)

mà ít hoặc không xuất hiện ở giới kia (trai hoặc gái) Tuy nhiên, di truyền học hiện đại, tìm hiểu về quá trình di truyền, chỉ được ra đời vào khoảng cuối thế kỷ 19 với những công trình của Gregor Mendel Dù không hiểu về nền tảng vật chất của tính di truyền, Mendel vẫn nhận biết được rằng sinh vật thừa kế những tính trạng theo một cách riêng

rẽ và tiên đoán đơn vị cơ bản của quá trình di truyền là nhân tố di truyền mà nay gọi là gen

Cùng với sự phát triển của xã hội, các bệnh nhiễm trùng, các bệnh tật di truyền ngày càng chiếm một tỉ lệ đáng kể trong mô hình bệnh tật và là nguy cơ gây bất thường phôi thai, tử vong sơ sinh Di truyền y học vì thế đã và đang phát mạnh cả chiều rộng và chiều sâu và thâm nhập vào hầu hết các chuyên ngành của Y học Nhờ vậy những thành tựu và ứng dụng trong di truyền học đã góp phần thúc đẩy cải thiện sức khoẻ cho người

NỘI DUNG

I Cấu trúc DNA, cơ chế tế bào học xác định giới tính bằng nhiễm sắc thể

1 Cấu trúc DNA

DNA (axit deoxyribonucleic) là vật liệu di truyền của tế bào, lưu trữ trong các nhiễm sắc thể ở nhân tế bào và ty thể Ngoại trừ một số tế bào (ví dụ, tinh trùng, tế bào trứng và hồng cầu), nhân tế bào chứa 23 cặp nhiễm sắc thể Một nhiễm sắc thể chứa rất nhiều gen

Gen là một đoạn DNA cung cấp mã để xây dựng phân tử protein hoặc RNA Phân tử DNA là một chuỗi xoắn kép dài, cuộn lại giống như một cầu thang xoắn ốc Trong đó, hai sợi, bao gồm đường (deoxyribose) và phân tử photphat, được nối với nhau bằng cặp bốn phân tử gọi là bazơ, tạo thành các bậc của cầu thang Trong các bước, adenine được ghép cặp với thymine và guanine được ghép cặp với cytosine Mỗi cặp bazơ được nối với nhau bằng một liên kết hydro Một gen bao gồm một trình tự các bazơ Trình tự của ba bazơ mã cho một axit amin (axit amin là khối cấu tạo của protein)hoặc thông tin khác

2 Cơ chế tế bào học xác định giới tính bằng nhiễm sắc thể

Bộ nhiễm sắc thể ở người bao gồm 46 nhiễm sắc thể chia thành 23 cặp Các nhiễm sắc thể này di truyền theo cặp, mỗi nhiễm sắc thể trong một cặp đến từ bố hoặc mẹ 22 cặp nhiễm sắc thể đầu (nhiễm sắc thể thường) có kích thước, hình dạng tương đồng nhau Cặp nhiễm sắc thể thứ 23 là cặp nhiễm sắc thể giới tính Cặp nhiễm sắc thể giới tính là

XX quy định giới tính nữ; cặp nhiễm sắc thể giới tính XY quy định giới tính nam

II Sự di truyền Mendel ở người

1 Các tính trạng lặn

Ở người, hầu hết các rối loạn di truyền là lặn Đại đa số những người mắc các bệnh này thường có bố mẹ đều bình thường về kiểu hình, nhưng lại mang gene bệnh ở trạng thái dị hợp

Hai bệnh lặn điển hình đó là bạch tạng và hóa xơ nang Những người bị bạch tạng

(albino) là do thiếu hụt sắc tố melanin, nên da dẻ trắng bạch, tóc và tròng đen của mắt trở

nên nhạt khác thường (hình 1.5) Hóa xơ nang (cystic fibrosis) là một bệnh di truyền gây

chết phổ biến nhất ở Mỹ (USA) Người bị bệnh này có đặc điểm là tiết ra một lượng dư thừa chất nhầy dày ở phổi, tụy và các cơ quan khác Các chất nhầy này có thể làm nhiễu loạn sự thở, tiêu hóa và chức năng của gan và làm cho người bệnh rơi vào nguy cơ viêm phổi và các bệnh truyền nhiễm khác

2 Các tính trạng trội

Mặc dù hầu hết các allele có hại là allele lặn, nhưng một số các rối loạn ở người là

do các allele trội Trong số đó có một vài allele không gây chết, chẳng hạn như tật thừa các ngón tay và chân, hoặc có màng da giữa các ngón tay và chân Các tính trạng như có tàn nhang, dái tai thòng cũng như các khả năng uốn lưỡi hình ống và gập ngược lưỡi lên trên đều do các gene trội đơn khác nhau kiểm soát

Một số ví dụ về di truyền Mendel ở người

III Nhiễm sắc thể Y và chất nhiễm sắc giới tính của người

1 Nhiễm sắc thể Y của người

Các vùng tương đồng của cặp nhiễm sắc thể XY được

định vị ở mỗi đầu của nhiễm sắc thể Y Các vùng này kết cặp

và tái tổ hợp với nhiễm sắc thể X trong kỳ đầu của giảm phân

I Chúng được gọi là các vùng nhiễm sắc thể thường giả

(pseudoautosomal region-PAR) bởi vì bất kỳ gene nào định vị

trong các vùng này (cho đến nay chỉ mới phát hiện được 9

gene) đều được di truyền hoàn toàn giống như gene trên nhiễm

sắc thể thường Nam có hai bản sao của các gene này: một ở

trong PAR của Y và một ở trong vùng tương đồng của X

Khoảng 95% chiều dài của Y nằm giữa các PAR

tạo ra vùng không tiếp hợp (non- recombining region-NRY)

Gần 80 gene đã được tìm thấy ở đây Chúng được xếp thành

2 nhóm chính Các gene thuộc nhóm thứ nhất (mã hoá các

protein sử dụng cho tất cả các tế bào (cả hai giới)) được bểu

hiện ở nhiều mô Các gene giữ nhà này (housekeeping gene)

có thể tương đồng trên X mà tránh khỏi sự bất hoạt X ở nữ

Các gene thuộc nhóm thứ hai mã hoá các protein hoạt động

chức năng chỉ ở trong tinh hoàn và không có thể tương đồng

trên X Một gene có vai trò quan trọng trong nhóm này là SRY (sex-determing region Y) SRY định vị trên cánh ngắn nằm ở bên ngoài PAR và gây ra các khả năng biến đổi phôi thành nam giới

2 Chất nhiễm sắc thể giới tính của người

Đã từ lâu người ta đã biết rằng nữ có hai

nhiễm sắc thể X trong khi đó nam chỉ có một

nhiễm sắc thể X Như vậy mỗi gene liên kết với

nhiễm sắc thể X có hai bản sao đối với nữ và một

bản sao đối với nam Nếu tất cả các gene trên

nhiễm sắc thể X đều hoạt động thì ở nữ hàm

lượng các các sản phẩm (như enzym chẳng hạn)

do các gene này mã hóa phải nhiều gấp đôi nam

Vào đầu thập niên 1960, Mary Lyon đã giả

thuyết rằng một nhiễm sắc thể X trong mỗi tế

bào soma của nữ bị bất hoạt Hiện tượng này dẫn

đến kết quả được gọi là “ sự bù đắp về liều lượng gene” (Gene dosage compensation) làm cho sản phẩm của gene liên kết với nhiễm sắc thể X của nam và nữ ngang nhau Giả thuyết Lyon cho rằng sự bất hoạt nhiễm sắc thể X xảy ra sớm trong giai đoạn phát triển phôi ở giống cái Ở một số tế bào, nhiễm sắc thể X bị bất hoạt có nguồn góc từ bố, trong khi ở những tế bào khác nhiễm sắc thể X bị bất hoạt có nguồn gốc từ mẹ Quá trình bất hoạt này

Sự bất hoạt của nhiễm sắc thể X

là ngẫu nhiên Khi một nhiễm sắc thể X bị bất hoạt trong một tế bào, nó sẽ duy trì sự bất hoạt này ở tất cả các thế hệ tế bào con cháu Như vậy sự bất hoạt nhiễm sắc thể X là ngẫu nhiên nhưng lại được cố định

Sự bất hoạt nhiễm sắc thể X sẽ dẫn đến kết quả là ở tất cả cơ thể cái bình thường có hai quần thể tế bào phân biệt: một quần thể có nhiễm sắc thể X hoạt động nhận được từ bố

và một quần thể có nhiễm sắc thể X hoạt động nhận được từ mẹ Với hai quần thể tế bào này, giống cái là dạng khảm đối với nhiễm sắc thể X, giống đực chỉ có một bản sao của nhiễm sắc thể X là dạng bán hợp tử (hemizygous) đối với nhiễm sắc thể X

Trung tâm bất hoạt X chứa gene cần thiết cho sự bất hoạt có tên là XIST (X-inactive specific transcript), gene này được sao mã thành mARN 15-17 kb nhưng không được dịch mã

Một điểm đặc biệt khác của nhiễm sắc thể X bất hoạt là sự methyl hóa, có khả năng

là sự methyl hóa chịu trách nhiệm duy trì sự bất hoạt của một nhiễm sắc thể X đặc biệt trong tế bào

IV Sự di truyền các gene trội lặn nhiễm sắc thể giới tính

1 Sự di truyền gen lặn liên kết với nhiễm sắc thể X

Một số các tính trạng và bệnh nổi tiếng là do các gene lặn liên kết với nhiễm sắc thể X gây ra Các kiểu di truyền do gene lặn liên kết với nhiễm sắc thể X chắc chắn là khác với gene trên NST thường Bởi vì nữ được di truyền hai bản sao nhiễm sắc thể X Ở

nữ, tính trạng do gene lặn liên kết với nhiễm sắc thể X rất giống với trường hợp tính trạng

do gene lặn trên nhiễm sắc thể thường quy định Tuy nhiên, chỉ có một nhiễm sắc thể X

là bất hoạt trong tế bào, như vậy một nửa số tế bào của nữ dị hợp tử sẽ biểu hiện allele bệnh và nửa còn lại sẽ biểu hiện allele bình thường

Trong lúc đó ở nam được di truyền một allele bệnh lặn liên kết với nhiễm sắc thể X thì sẽ biểu hiện bệnh vì nhiễm sắc thể Y không mang allele tương ứng

Một số đặc điểm để phân biệt tính trạng hoặc bệnh do lặn liên kết với nhiễm sắc thể

X với tính trạng hoặc bệnh do gene lặn trên nhiễm sắc thể thường:

- Các gene liên kết với nhiễm sắc thể X không được

truyền trực tiếp từ bố cho con trai

- Gene liên kết với nhiễm sắc thể X có thể được

truyền từ bố cho tất cả con gái, những con gái này

không có biểu hiện bệnh nhưng có mang gene bệnh

Các con gái mang gene bệnh này sẽ truyền lại cho

một nửa số con trai của họ, các con trai này bị bệnh

Kiểu di truyền này gây ra sự xuất hiện các thế hệ “

ngắt quãng” (skipped generations)

Kiểu ghép đôi phổ biến đối với các gene lặn

liên kết với nhiễm sắc thể giới tính X là sự kết hợp

của mẹ mang gene bệnh với bố bình thường Mẹ sẽ

truyền gene bệnh cho một nửa số con trai và một

nửa số con gái

Một kiểu ghép đôi phổ biến khác là giữa bố bị bệnh với mẹ bình thường Tất cả con trai của họ bình thường Bởi vì tất cả con gái phải nhận nhiễm sắc thể X của bố do đó chúng sẽ trở thành thể mang gene bệnh dị hợp tử Như vậy không có một đứa con nào biểu hiện bệnh

Kiểu ghép đôi ít phổ biến hơn là giữa bố bị bệnh với mẹ là thể mang gene bệnh Một nửa số con gái của họ sẽ trở thành thể mang gene bệnh dị hợp tử, một nửa sẽ đồng hợp tử gene bệnh và sẽ biểu hiện bệnh Một nửa số con trai bình thường và một nửa số con trai bị bệnh

Thỉnh thoảng có trường hợp nữ chỉ nhận một bản sao đơn của gene lặn gây bệnh

liên kết với nhiễm sắc thể giới tính mà có thể bị bệnh Các cơ thể nữ này được gọi là thể dị hợp biểu hiện (manifesting heterozygotes) Bởi vì các cơ thể nữ này thường duy trì ít nhất

một phần nhỏ của nhiễm sắc thể X hoạt động bình thường và có khuynh hướng biểu hiện bệnh tương đối nhẹ

Di truyền gen lặn

2 Sự di truyền các gene trội liên kết với nhiễm sắc thể X

Sự di truyền do gene trội liên kết với nhiễm sắc

thể giới tính X giống như sự di truyền do gene trội trên

nhiễm sắc thể thường Một cá thể chỉ cần thừa hưởng

một bản sao đơn của gene trội liên kết với nhiễm sắc

thể X là có thể biểu hiện tính trạng hoặc bệnh Bởi vì

nữ có hai nhiễm sắc thể X, mà mỗi nhiễm sắc thể X đều

có thể có khả năng mang gene bệnh nên nữ bị bệnh gần

gấp đôi so với nam (trừ trường hợp rối lọan gây chết ở

nam) Bố bị bệnh không thể truyền tính trạng này cho

con trai Tất cả con gái đều di truyền gene bệnh này vì

thế đều bị bệnh Bố bị bệnh thường là dị hợp tử vì vậy

sẽ có 50% cơ hội truyền allele bệnh cho con gái và con trai

3 Sự di truyền liên kết với nhiễm sắc thể Y

Số tính trạng hoặc bệnh đã biết do gene trên nhiễm sắc thể Y qui định là rất ít, chỉ gặp ở nam giới và được truyền trực tiếp từ bố cho con trai mang tính chất “dòng họ nội” Tất cả các con trai đều bị bệnh (di truyền thẳng) và con gái không mang bệnh Các bệnh liên kết với nhiễm sắc thể Y như tật nhiều lông mọc ở vành tai, dày sừng lòng bàn tay, tật dính ngón số 2 và 3

Di truyền gen trội

Liên kết nhiễm sắc thể Y

V Một số thành tựu di truyền học về vấn đề lựa chọn giới tính trong sinh sản ở người

1 Xét nghiệm NIPT

NIPT là phương pháp xét nghiệm sàng lọc trước sinh không xâm lấn được

nhiều mẹ bầu tin tưởng lựa chọn Xét nghiệm NIPT phân tích các đoạn ADN tự do (cfDNA) của thai nhi chuyển động tự do trong máu của thai phụ, từ đó giúp phát hiện sớm các bất thường về nhiễm sắc thể, đặc biệt là các thể tam nhiễm gây ra các hội chứng Down, Edwards và Patau

Tế bào con người có chứa 20.488 gene, nhưng chỉ một số gene trong đó hoạt động theo chức năng nhất định gọi là gene hoạt tính, gene chức năng, và có hơn 3000 rối loạn

từ bộ gene trong ADN gây ra bệnh Bằng kỹ thuật gene, các nhà khoa học có thể điều trị, liệu pháp gene chữa bệnh, bằng cách đưa một gene lành bình thường vào thay thế bộ gene khiếm khuyết hoặc chỉnh sửa gene bị bệnh

Tháng 7/2017, US CDC phê chuẩn phương pháp điều trị biến đổi gene đầu tiên cho bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu FDA cũng cho phép liệu pháp chỉnh sửa gene do Novartis phát triển để điều trị ung thư Đến tháng 10, FDA đã phê duyệt liệu pháp chỉnh sửa gene thứ hai để điều trị ung thư hạch không Hodgkin

VI Ứng dụng di truyền học với vấn đề lựa chọn giới tính trong sinh sản ở người

1 Ứng dụng di truyền học trong lựa chọn giới tính

- Hiện tượng di truyền liên kết với giới tính được ứng dụng để phân biệt giới tính trai hay gái ở giai đoạn phát triển sớm trước khi sinh

- Phát hiện được bệnh rối loạn cơ chế phân li, tổ hợp liên quan đến cặp nhiễm sắc thể giới tính; dự đoán được xác suất xuất hiện các kiểu hình, các tật bệnh do các gen

di truyền liên kết với giới tính quy định

2 Ứng dụng di truyền học trong sàng lọc và chuẩn đoán các bệnh di truyền do nhiễm sắc thể gây ra