Chương 10: Đột biến và sự phát sinh đột biến pdf

Khái niệm đột biếnPhân loại đột biến Gen Các cơ chế phát sinh đột biến Gen Các cơ chế Sửa chữa ADN Mối quan hệ giữa đột biến và phát sinh ung th− Q & A... Khái niệm đột biếnPhân loại đột

Trang 2

Mục tiêu kiến thức

húa và phỏt triển của sinh giới?

Người ta phõn loại cỏc dạng đột biến gen như thế nào?

Cỏc tỏc nhõn gõy đột biến là gỡ? Cỏc cơ chế phỏt sinh đột biến.

nắm đ−ợc các vấn đề và Trả lời đ−ợc các câu hỏi sau:

Cỏc tỏc nhõn gõy đột biến là gỡ? Cỏc cơ chế phỏt sinh đột biến.

Bằng cỏch nào sinh vật hạn chế hậu quả của cỏc đột biến? Cỏc cơ chế sửa chữa ADN.

Mối quan hệ giữa cỏc đột biến và sự phỏt sinh cỏc bệnh ung thư Tại sao cỏc tỏc nhõn gõy đột biến thường được coi là cú nguy cơ gõy ung thư?

Thảo luận, suy ngẫm, tự tìm hiểu thêm

Mối quan hệ giữa đột biến với ung thư và sự ụ nhiễm mụi trường

Trang 3

Khái niệm đột biến

Phân loại đột biến Gen

Các cơ chế phát sinh đột biến Gen

Các cơ chế Sửa chữa ADN

Mối quan hệ giữa đột biến và phát sinh ung th−

Q & A

Trang 4

Q & A

Trang 5

Đột biến là những biến đổi trong trình tự ADN “kiểu dại” của sinh vật, gây ra hoặc bởi các tác nhân vật lý, hóa học hoặc sinh học (đột biến gây tạo) hoặc do sai sót trong quá trình sao chép ADN (đột biến tự phát hay ngẫu nhiên).

Ung th− da liên quan đên

( ! : alen kiểu dại là alen phổ biến nhất trong quần thể Các alen khác đ−ợcxem là đột biến, tức là không phụ thuộc vào thứ tự xuất hiện của các alen)

Ung th− da liên quan đên bệnh khô bì sắc tố

(Xeroderma pigmentosum) gây ra do một đột biến lặn ở gen mã hóa cho một enzym tham gia sửa chữa ADN.

( ? : Đột biến gen gây ra các kiểu quảkiểu hình nh− thế nào?)

Trang 6

H·y xem giíi thiÖu vÒ thuyÕt “mét gen – mét protein”

Trang 7

Trang 8

-Phần lớn các đột biến gen là các đột biến điểm Đây là đột biến liên quan đến sự thay đổi một nucleotit đơn nhất Các

đột biến điểm có thể gây hậu quả khác nhau đến sản phẩm

do gen đó mã hóa Người ta phân loại các dạng đột biến

điểm tùy theo tính chất của chúng.

Trang 9

-Đột biến sai nghĩa

axit amin Ví dụ: AUA (Ile) → → AUG (Met)

AAC/AAU (Asn) → → AGC/AGU (Ser)

mã bộ ba kết thúc sớm Ví dụ: UGG (Trp) → → UGA (Stop)

thêm một hoặc hai nucleotit (làm lệch khung đọc của gen).

đột biến (giống với kiểu dại), có thể do một số nguyên nhân:

• Tính thoái hóa của mã bộ ba.

• Xuất hiện trong vùng gen không mã hóa.

• Sự thay đổi aa không làm thay đổi đặc tính protein.

Đột biến câm thường trung tính và góp phần làm tăng tính

đa hình của loài.

Trang 10

-Đột biến thô là đột biến liên quan đến sự thay đổi của một trình tự dài các nucleotit Trong phần lớn trường hợp, các

đột biến thô làm mất hoàn toàn hoạt tính sinh học của protein hoặc sản phẩm do gen mã hoá.

Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4

Đoạn gen bị mất

Exon 1 Exon 3 Exon 4

Đột biến mất đoạn

Trang 11

§ét biÕn thªm ®o¹n (insertion)

VÞ trÝ xen

§o¹n xen ADN

§ét biÕn thªm ®o¹n

Sù s¾p xÕp l¹i ph©n tö ADN ë vÞ trÝ gen 1 vµ 2

Trang 12

Q & A

Trang 13

Các tác nhân

và sự kiện

gây đột biến

Sai hỏng trong sao chép ADN

Các hợp chất nội bào phản ứng mạnh Hóa chất Chiếu xạ

Các yếu tố di truyền vận

Không

Cắt bỏ phần ADN sai hỏng và tổng hợp lại theo mạch khuôn

Không

đột biến đột biếnKhông

Đột biến phục hồi

SOS: Bỏ qua sai hỏng để tránh gây

chết tế bào

Đột biến Thêm

đoạn

Trang 14

-Đột biến ngẫu nhiên (tự phát) thường liên quan đến quá trình sao chép ADN, có thể gây ra bởi các nguyên nhân:

Hiện tượng hỗ biến (tautomeric shift)

Hiện tượng loại purin (depurination) , mất G/A

Hiện tượng loại amin (deamination) , C → → U

Sự sai hỏng các bazơ do bị oxi hóa (bởi các hợp chất

Sự sai hỏng các bazơ do bị oxi hóa (bởi các hợp chất oxi hóa mạnh)

Hiện tượng thêm hoặc mất nucleotit do sao chép ADN trượt (lệch mục tiêu)

Trang 15

HiÖn t−îng hç biÕn (tautomeric) hãa häc

Trang 16

Trang 17

Trang 18

Trang 19

HiÖn t−îng lo¹i purin hãa (depurination)

Trong một số trường hợp, hiện tượng loại purin có thể xảy ra tự phát với tần

số cao.

Trong quá trình tái sinh tế bào, các tế bào động vật bào, các tế bào động vật

có vú có thể bị loại 10.000 purine trong phân

tử ADN trong 20 giờ.

Thông thường những sai hỏng này cần được sửa chữa bằng hệ thống sửa chữa ADN

Trang 20

HiÖn t−îng lo¹i amin hãa (deamination)

Hiện tượng loại amin có thể chuyển hóa C → → U hoặc A

→ hypoxanthine và

gây đột biến đồng hoán C≡G ↔ A=T

hoán C≡G ↔ A=T

Hiện tượng này có thể xảy ra tự phát hoặc xúc tác bởi axit nitơ (HNO2), …

Trang 21

HiÖn t−îng lo¹i amin hãa (deamination)

Trang 22

C¸c baz¬ bÞ sai háng do bị oxi hãa

Các hợp chất oxy hóa mạnh như H2O2 hoặc các hợp chất mang gốc

O2 hoặc hydroxyl (OH) tự do có thể làm hỏng các nucleotit.

Kết cặp với A

Trang 23

§ét biÕn do sao chÐp ADN tr−ît (lÖch môc tiªu)

Sao chép trượt gây nên mất hoặc thêm đoạn trình tự lặp lại

Trang 24

-§ét biÕn g©y t¹o ®−îc t¹o ra bëi c¸c t¸c nh©n vËt lý, hãa häc hoÆc sinh häc.

T¸c nh©n hãa häc 5-bromouracil (5-BU)

A = T 5-BU G ≡ C

Trang 25

5-BU gây đột biến nh− thế nào?

Trang 26

T¸c nh©n hãa häc 2-aminopurine

G ≡ C 2-AP A = T

Trang 27

Tác nhân hóa học EMS (ethyl methane sulfate)

EMS làm thay đổi các cặp bazơ nitơ

Trang 28

T¸c nh©n hãa häc: nhãm thuèc nhuém Acrydin

Nhãm thuèc nhuém acrydin

cã xu h−íng lµm thªm hoÆc mÊt nucleotit.

Trang 29

Tác nhân vật lý: chiếu xạ UV

Tia UV (2-300 nm)

kích thích sự hình thành cấu trúc vòng cyclobutane (dime pyrimidine) hoặc T(6-4)T.

Hiện tượng này có thể làm dừng quá trình sao chép cho

đến khi hệ thống sửa chữa ADN (thường là SOS) hoạt động.

Trang 31

Q & A

Trang 32

T¹i s¶o ph¶i söa ch÷a ADN?

Tất cả những sự kiện trên xảy ra với tần số thấp, nhưng do kích thước hệ gen rất lớn, quá trình sao chép ADN xảy ra liên tục trong suốt đời sống sinh vật nên tổng tần số đột biến là đáng kể.

Trang 33

Ví dụ về tần số đột biến

Tế bào soma người cú khoảng 3,2 x 109 bp (a).

Số tế bào soma ≈ 65x1012 tế bào (b).

Tần số loại purin trung bỡnh ≈ 10-4/ngày/tế bào (c)

Số purin bị loại = (a) x (b) x (c) ≈ 2x1019 /người/ngày.

Tần số sai sút trong sao chộp ADN của ADN pol ≈ 10-8

Tổng số nucleotit bị sao chộp sai mỗi lần phõn bào ≈ 64

Số tế bào phõn chia hàng ngày ≥ 108

Tổng số nucleotit cú thể bị sao chộp sai ≥ 64x108.

Nếu những đột biến này khụng được sửa chữa, chỳng sẽ

làm rối loạn nghiờm trọng quỏ trỡnh tổng hợp ARN và

protein, thậm trớ gõy chết tế bào và cơ thể

Cỏc đột biến xảy ra trong tế bào sinh dục sẽ được truyền

cho thế hệ con và cú thể gõy nờn bệnh di truyền.

Trang 34

- Sửa chữa theo cơ chế đọc sửa của ADN polymerase

- Cơ chế phục hồi đột biến trực tiếp (quang phục hoạt)

- Sửa chữa bằng cắt bỏ bazơ BER (Base excision repair)

- Sửa chữa cắt bỏ nucleotit NER (Nucleotide excision repair)

- Sửa chữa ghép đôi sai MMR (mismatch repair)

- Cơ chế SOS (cơ chế sửa chữa có xu hướng gây đột biến)

- Sửa chữa nhờ tái tổ hợp

Trang 36

Cơ chế quang phục hoạt

T T

Enzym cần thiết

Photolyase (enzym này có

ở mọi loài sinh vật, từ vi

Dấu hiệu nhận biết

Cấu trúc dime pyrimidineCấu trúc T(6-4)T

Visible light

T T

ở mọi loài sinh vật, từ vi khuẩn đến động vật, trừ động vật có nhau thai)

Trang 37

Cơ chế loại nhóm methyl bất thường, vd: O-6-methylguanine

Nucleotit bị methyl hóa bất thường

Cơ chế phục hồi đột biến trực tiếp

• Hiệu quả sữa chữa cao

• Thường cần hoạt động của gen đặc thù (enzym cần thiết)

• Thường chỉ áp dụng cho các sai hỏng đơn nucleotit

• Không tạo ra lỗi sao chép

Trang 38

Bazơ bị loại amin hóaBazơ bị sai hỏng do oxy hóa

và một số dạng sai hỏng khác

Trong cơ chế sửa chữa này, bazơ sai hỏng bị loại bỏ dưới dạng các bazơ tự do

và một số dạng sai hỏng khác

Các enzym cần thiết (5):

Glycosylase

AP endonucleasePhoshodiesteraseDNA polymeraseDNA Ligase

Trang 40

Trong cơ chế sửa chữa này, bazơ sai hỏng bị loại bỏ dưới dạng các nucleotit

E coli

Cắt cách bazơ sai hỏng

8 nucleotit về phía đầu 5’

và 3 nucleotit về phía đầu 3’

Động vật có vú

Cắt cách bazơ sai hỏng

22 nucleotit về phía đầu 5’

và 6 nucleotit về phía đầu 3’

Trang 42

nucleotid bị ghép đôi sai Một số enzym xác định đ−ợc vị trí ghép đôi sai

và/hoặc có thể trực tiếp sửa chữa chúng Hệ thống này có thể xác định đ−ợc

bazơ nào trong số bazơ bị ghép đôi sai là đúng nhờ phân biệt mạch ADN làm

khuôn có trình tự đúng với sợi mới tổng hợp mang trình tự đột biến, thông qua hoạt động methyl hóa bazơ adenine và cytosine của mạch làm khuôn.

Enzym DNA methyl transferasetheo sau chạc sao chộp khoảng vài ngàn nucleotit và đỏnh đấu

Trang 43

Cơ chế sửa chữa ghép đôi sai diễn ra ngay trong quá trình sao chép ADN

Trang 44

Quá trình sửa chữa được áp dụng trên mạch không được

methyl hóa (mạch mới tổng hợp)

Quá trình sửa chữa được áp dụng trên mạch không được

methyl hóa (mạch mới tổng hợp)

Trang 45

Cơ chế SOS có xu hướng tạo đột biến do hệ thống này cho

phép lắp ghép nucleotit bất kỳ tại vị trí nucleotit sai hỏng.

Cơ chế SOS có xu hướng tạo đột biến do hệ thống này cho

phép lắp ghép nucleotit bất kỳ tại vị trí nucleotit sai hỏng.

AGCTAGTCAT/TCAGTC

Sự sao chép dừng lại

LexA – protein ức chế (ức chế biểu hiện các gen SOS) RecA – Protein liên kết ADN

Khi ADN bị sai hỏng, Rec A liên kết vào mạch đơn ADN,

AGCTAGTCAT /TCAGTC

TCGATCANNNNGTCAG

Sự sao chép dừng lại

ở vị trí dime T/T

ADN polymerase của hệ thống SOS tiếp tục

sao chép, mặc dù có thể lắp ghép nuleotit sai

Đáp ứng SOS

liên kết vào mạch đơn ADN, Phức hệ RecA – ssDNA hoạt hóa hoạt động phân giải LecA => các gen SOS được biểu hiện

Các gen của hệ thống SOS: Các protein UvrA, UvrB, UvrC, UvrD, RecA, LexA, DNA polymerase

Trang 47

Q & A

Trang 48

Năm 2007, thế giới có 7,6 triệu người chết vì các bệnh ung

thư, và 12 triệu người khác mắc bệnh Vậy, ung thư xuất hiện thế nào ? Tại sao bệnh này là một trong những bệnh

môi trường có vai trò thế nào đến phát sinh ung thư ?

Định nghĩa : Ung thư là sự tăng sinh tế bào vô hạn độ, vô

tổ chức, không tuân theo các cơ chế kiểm soát chu trình tế bào thông thường của cơ thể.

Đa số bệnh nhân ung thư hình thành khối u Khác với u

lành tính (phát triển chậm tại chỗ), các u ác tính (ung thư) xâm lấn các tổ chức xung quanh giống như hình “con cua” với các càng bám vào các tổ chức lành trong cơ thể, hoặc giống “rễ cây” lan trong đất.

Trang 50

Ung thư được xác định là một bệnh di truyền, bởi các căn cứ sau:

1. Khi nuôi cấy các tế bào ung thư, tất cả các tế bào con sinh ra đều

là các tế bào ung thư

2. Một số virut gây ung thư ở nhiều tế bào do chúng mang các gen

mã hóa một số protein liên quan đến sự hình thành và phát triểncủa các tế bào ung thư

3. Các yếu tố gây đột biến mạnh cũng thường là các yếu tố gây ung

thư mạnh

4. Một số dạng ung thư có biểu hiện di truyền theo dòng họ

5. Một số bệnh ung thư đã được xác định liên quan đến sai hỏng ở

một số gen và/hoặc ở một số NST nhất định

Trang 51

Mét chu tr×nh tÕ bµo th«ng

th−êng gåm hai pha sinh

tr−ëng (G1&G2), xen kÏ bëi

mét pha sao chÐp ADN (S)

Sù chuyÓn tõ pha nµy sang

pha kia cña chu tr×nh tÕ bµo

cã sù phèi hîp thùc hiÖn cña

Điểm kiểm tra G 1

2

Hệ thống điều khiển

cã sù phèi hîp thùc hiÖn cña

®iÓm kiÓm tra tÕ bµo

(checkpoint) NÕu tÝn hiÖu bÞ

truyÒn “sai”, hoÆc ph¶n øng

tÕ bµo víi tÝn hiÖu “sai”, tÕ

bµo cã thÓ chuyÓn sang tr¹ng

th¸i ung th−

Trang 52

Yếu tố sinh trưởng

Màng tế bào

Thụ thể

Con đường truyền tín hiệu

Điểm kiểm tra G 1

Các protein truyền tín hiệu

Hệ thống điều khiển

Trang 53

Cơ chế phân tử tại các điểm

kiểm tra tế bào là tương đối

phức tạp Tuy vậy, có hai

loại protein đã biết giữ vai

trò quan trọng gọi là các

protein cyclin và kinase phụ

thuộc cyclin (CDK)

Các CDK có vai trò xúc tác

thúc đẩy diễn tiến của chu

trình tế bào, bằng việc hoạt

hóa một số protein khác

Tuy vậy, CDK chỉ có hoạt

tính khi ở dạng liên kết với

cyclin (cyclin/CDK)

Trang 54

Một trong những điểm khởi

đầu chu trình tế bào quan

trọng nằm giữa pha G1

(START) Lúc này tế bào

nhận cả hai tín hiệu nội bào

(cylin/CDK) và ngoại bào

(yếu tố sinh trưởng) để xác

định tế bào phù hợp để

chuyển sang pha S

Điểm kiểm tra này được điều khiển bởi protein cyclin D kết hợp với

CDK4/5 Vào cuối pha G1, các protein ức chế có thể nhận biết cácvấn đề của cuối pha G1 (như thiếu dinh dưỡng, ADN bị sai hỏng) vàgây phân hủy phức hệ cyclinD/CDK4, ngăn tế bào bước vào pha S

START

Nếu các trạng thái tế bào bình thường, các protein ức chế không có

mặt (hoặc không được hoạt hóa), phức hệ cyclinD/CDK4 giúp tế bào

Trang 55

C¸c ®iÓm kiÓm tra kh¸c thuéc chu tr×nh tÕ bµo ®−îc ®iÒu khiÓn bëi

mét sè phøc hÖ cyclin/CDK kh¸c, vd: cyclinE/CDK2 (®Çu pha S),cyclinA/CDK1 (cuèi S/®Çu G2), cyclinB/CDK1 (G2 sang M), v.v…

Trang 56

ở các tế bào ung th−, các hoạt động tại điểm kiểm tra tế bào

không thực hiện đ−ợc Sự mất khả năng điều khiển này có thể

do sai hỏng di truyền dẫn đến làm hỏng bộ máy điều khiển tổng hợp cyclin/CDK, hoặc sai hỏng tại chính các gen mã hóa các protein này.

Các sai hỏng liên quan đến điều khiển điểm kiểm tra START

có nguy cơ ung th− cao một cách đặc biệt Bởi ở điểm này, các

tế bào dừng lại để đảm bảo cho việc sửa chữa ADN đ−ợc hoàn thành Nếu ADN sai hỏng không đ−ợc sửa chữa mà đi tiếp vào pha S thì ADN sai hỏng sẽ bị nhân lên.

Qua nhiều lần phân bào, các đột biến đ−ợc tích lũy dần và dẫn

đến sự mất khả năng điều hòa hoạt động phân bào Vì vậy, một dòng tế bào hỏng chức năng tại điểm START sẽ trở thành

Trang 57

Trong phần lớn các trường hợp bị ung thư, sự hình thành các khối u

ác tính không chỉ đơn thuần liên quan đến sự hoạt hóa một gen tiềnung thư, hay bất hoạt một gen ức chế khối u duy nhất Mà thay vào

căn thường phụ thuộc vào sự tích lũy nhiều đột biến có liên quan

thư là đa dạng và phức tạp

Douglas và Robert Weinberg (2000) đề xuất SáU cột mốc trong quá

trình phát sinh ung thư:

1) Các tế bào ung thư nhận được tín hiệu thúc đẩy tăng trưởng và phân

bào Quá trình này có thể xảy ra do sự thay đổi các yếu tố ngoại bào,hoặc do sự thay đổi trong chính hệ thống truyền tín hiệu dẫn đếnphân bào, đáp ứng cực đoan với chính các yếu tố sinh trưởng do cơthể sinh ra, dẫn đến sự phân chia tế bào không giới hạn

Trang 58

phát sinh ung thư:

2) Các tế bào ung thư trở nên “vô cảm” với các tín hiệu ức chế sự tăng

trưởng và phân bào ở các tế bào bình thường, các tín hiệu kích thíchphân bào và ức chế phân bào thường tồn tại một cách cân bằng và

được điều khiển chặt chẽ Còn ở các tế bào ung thư, các yếu tố tăngtrưởng và kích thích phân bào thường chiếm ưu thế Trong quátrình di căn, các tế bào ung thư hầu như mất khả năng đáp ứng lạicác tín hiệu ức chế phân bào, vượt qua các điểm kiểm tra tế bào,

các tín hiệu ức chế phân bào, vượt qua các điểm kiểm tra tế bào,phân chia liên tục và phát triển thành các khối u ác tính

3) Các tế bào ung thư thoát khỏi các con đường chết theo chương trình

Như chúng ta đã biết, một số protein như p53 giữ một vai trò quantrọng bảo vệ cơ thể chống lại sự tích lũy các tế bào bị sai hỏng gâynguy hiểm cho cơ thể p53 có vai trò sửa chữa ADN, đồng thời nó cóthể kích hoạt hệ thống phá hủy tế bào sai hỏng theo cơ chế apotosis.Tuy vậy, nếu các tế bào sai hỏng có thể vượt qua “rào cản” này, thìkhả năng tích lũy các sai hỏng tiếp theo còn cao hơn Vì vậy, có

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	3,3 MB