DI TRUYỀN PHÂN TỬ CỦA CÁC BỆNH Ở NGƯỜI, BỆNH HEMOGLOBIN VÀ RỐI LOẠN CÁC YẾU TỐ ĐÔNG MÁU. MÔ HÌNH CẤU TRÚC VÀ ĐIỀU CHỈNH BIỂU HIỆN GEN CỦA MỘT GEN TIÊU BIỂU Ở NGƯỜI,Gen b globin là một gen tiêu biểu cho các gen cấu trúc ở người
Chương 5: DI TRUYỀN PHÂN TỬ CỦA CÁC BỆNH Ở NGƯỜI BỆNH HEMOGLOBIN VÀ RỐI LOẠN CÁC YẾU TỐ ĐÔNG MÁU Nhóm I MƠ HÌNH CẤU TRÚC VÀ ĐIỀU CHỈNH BIỂU HIỆN GEN CỦA MỘT GEN TIÊU BIỂU Ở NGƯỜI: Gen β globin gen tiêu biểu cho gen cấu trúc người Mơ hình cấu trúc gen β globin người: a) Cấu trúc gen β globin Ở người, gen cấu trúc gồm exon intron - Tại vị trí exon mã mở đầu ATG, vị trí cuối exon cuối ba mã kết thúc TAA, TGA TAG - Phía trước exon phía sau exon cuối gen vùng khơng dịch mã - Vị trí 5’ GT intron vị trí cho nối vị trí 3’ AG intron vị trí nhận nối - Các exon intron phiên mã thành mARN tiền thân, mARN tiền thân trải qua trình cắt intron nối exon để tạo mARN thục - mARN thục chuyển tế bào chất để tổng hợp sản phẩm protein tương ứng b) Vùng kiểm soát biểu gen ( gen control region) hay vùng khởi đầu (promotor) Vùng khởi đầu thành phần trình tự nucleotid định khu đầu 5’ tới gen Vùng khởi đầu có chức xác định vị trí bắt đầu phiên mã, kiểm sốt số lượng mARN tính đặc hiệu mơ Vùng khởi đầu dài vài Kb * Vùng promotor có thành phần sau • • Vị trí bắt đầu phiên mã: vị trí mà q trình phiên mã gen bắt đầu điểm • Vị trí gắn cho yếu tố kích thích phiên mã (Enhancer) trình tự ADN tác động với yếu tố kích thích phiênmã làm tăng trình phiên mã gen kề bên, vị trí hoạt động theo hướng 5’ 3’ tới gen • Vị trí gắn cho thành phần đặc hiệu promotor khác trình tự ADN tương tác đặc hiệu với yếu tốđặc hiệu mơ khác làm nhiệm vụ điều hòa gen Vị trí gắn cho yếu tố đặc hiệu mơ: trình tự ADN tương tác với yếu tố đặc hiệu mô cho phép gen cấu trúcliên quan mở sản xuất protein đặc hiệu tương ứng với mô c) Vùng 3’ gen Ở đầu 3’ gen, vùng có vị trí gắn thêm polyadenin đầu 3’ gen (khoảng 200 adenin) gọi polyA (polyadenylatin) Vị trí gắn thêm polyadenin cách dấu hiệu AATAAA 18-20 cặp base vùng khơng dịch mã Đi polyA có chức giúp mARN thục di chuyển từ nhân tế bào chất bảo vệ mARN trình dịch mã 2 Điều chỉnh biểu gen người Điều chỉnh hoạt động gen tế bào người trình tương tác đặc hiệu trình tự ADN đặc hiệucủa vùng promotor gen với phức hợp ARN polymerase, yếu tố phiên mã chung protein đặchiệu điều hòa gen (bao gồm yếu tố đặc hiệu mô) Tùy trường hợp mà gen trạng thái đóng hay mở, tănghoặc giảm trình phiên mã để tổng hợp nên protein đặc hiệu, với số lượng chất lượng phù hợp theo giaiđoạn phát triển thể Điều chỉnh biểu gen người tiến hành qua bước theo đường từ AND đên ARN protein : • Bước 1: từ ADN đến mARN tiền thân điều chỉnh yếu tố kiểm soát phiên mã Yếu tố cho phép gen phiên mã kiểm soát chất lượng phiên mã • • • • • Bước 2: từ mARN tiền thân đến mARN thục điều chỉnh yếu tố kiểm sốt q trình ARN Bước 3: mARN thục vận chuyển từ nhân tế bào chất nhờ yếu tố kiểm soát vận chuyển ARN Bước 4: mARN tế bào chất dịch mã thành protein ribosom nhờ yếu tố kiểm soát dịch mã Bước 5: số phân tử mARN giáng cấp tế bào chất nhờ yếu tố kiểm soát giáng cấp Bước 6: phân tử protein tổng hợp trở thành hoạt hóa hay bất hoạt nhờ yếu tố kiểm soát hoạt II BỆNH CỦA HEMOGLOBIN Cấu tạo hemoglobin (Hb) gen tổng hợp chuỗi globin: Phân tử Hb cấu tạo chuỗi globin phân tử Hem, chuỗi globin gắn với phân tử Hem * Tùy theo giai đoạn phát triển cá thể mà globin gồm chuỗi polypeptid khác nhau: Zeta(ξ ), epsilon(ε),gamma(γ), alpha, bêta, delta * Các gen chi phối hình thành chuỗi epsilon, gamma, delta, bêta, nằm nhiễm sắc thể số 11 Các gen chi phối hình thành chuỗi zeta, alpha nằm NST số 16 • Tùy theo giai đoạn phát triển cá thể mà chuỗi globin tổng hợp khác nhau, tạo nên Hb tương ứng • • Số lượng acid amin chuỗi polypeptid đặc trưng cho loại chuỗi Trình tự acid amin chuỗi nghiêm ngặt, thay acid amin acid amin khác nhiều trường hợp thể thành bệnh huyết sắc tố 2 Bệnh hemoglobin bất thường chất lượng chuỗi globin a) Bệnh thay acid amin : • Cơ chế chung bệnh: đột biến sai nghĩa gen cấu trúc làm biến đổi nu ba mã hóa acid amin dẫn đến thay acid amin acid amin khác • • Đột biến gen cấu trúc thuộc loại thường xẩy gen globin ∝ globin gen β • Cơ chế di truyền nhóm bệnh theo quy luật di truyền gen lặn NST thường Tuy có thay đổi bất thường acid amin nhiều trường hợp gây nên triệu chứng thiếu máu trầm trọng Ví dụ minh họa Bệnh A Bệnh hemoglobin S (Bệnh hồng cầu liềm) • • • - Cơ chế sinh bệnh: Các gen β globin vị trí acidamin thứ đột biến dẫn đến ba GAG (acid glutamic ) thay GTG(Valin) - Quy luật di truyền: bệnh di truyền theo quy luật alen lặn NST thường - Các thể bệnh: Ở dạng đồng hợp tử (SS): Hb hồng cầu kết tụ lại thành dạng tinh thể gây biến dạng tế bào hồng cầu trở thành hình liềm, hồng cầu di chuyển dễ dàng qua mạch nhỏ dẫn đến tắc mạch gây tổn thương quan Người bệnh đồng hợp tử thường chết trước tuổi trưởng thành Ở dạng dị hợp tử (AS) gọi người mang gen (carrier), người bệnh trạng thái dị hợp tử thường khơng có biểu triệu chứng Người dị hợp tử bệnh hồng cầu hình liềm tăng sức đề kháng với ký sinh trùng sốt rét Để khẳng định chẩn đoán bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm, cần tiến hành điện di Hb, nhiên số trường hợp chẩn đốn phân tích ADN tế bào máu *Phòng bệnh: tổ chức tư vấn di truyền trước hôn nhân, phát trường hợp dị hợp tử cho lời khuyên di truyền để tránh sinh trường hợp bệnh nặng đồng hợp tử Bệnh hemoglobin C • • • Cơ chế sinh bệnh: đột biến điểm xảy gen globin β acid amin thứ bị đột biến dẫn tới baà GAG đổi thành AAG( lyzin) Quy luật di truyền: bệnh di truyền theo quy luật alen lặn NST thường Các thể bệnh: * Người bệnh đồng hợp lặn (CC) thiếu máu tan huyết nhẹ, lách to, máu nhiều hồng cầu hình bia hồng cầu nhỏ • *Người dị hợp tử (AC) không biểu triệu chứng lâm sàng Chẩn đốn xác định bệnh HbC dựa phân tích điện di Hb, người bệnh đồng hợp tử Hb có HbC, người dị hợp tử, kết điện di có HbA HbC Bệnh hemoglobin E - Cơ chế sinh bệnh: bệnh HbE hình thành đột biến gen β globin mã thứ 26 bình thường GAG quy định acid glutamic, mã bị đột biến thành AAG mã hóa cho acid amin khác lyzin - Quy luật di truyền: bệnh di truyền theo quy luật alen lặn nhiễm sắc thể thường - Các thể bệnh: + Người bệnh đồng hợp tử (EE): khơng có biểu lâm sàng, đơi có thiếu máu nhẹ, máu có nhiều hồng cầu nhỏ thường bù tăng số lượng hồng cầu (7-8 triệu/mm3) Điện di Hb có HbE + Người dị hợp tử HbE (AE): khơng có biểu lâm sàng, điện di Hb có HbA HbE Để sàng lọc phát bệnh HbE, trường hợp dị hợp tử kép HbE/thalassemia cần dựa vào: + Xét nghiệm tiêu máu xem hình thể hồng cầu + Xét nghiệm thể tích trung bình hồng cầu, Hb trung bình hồng cầu + Đo sức bền thẩm thấu hồng cầu dung dịch NaCl 0,35% Chẩn đốn xác định: Phân tích kết điện di Hb, người đồng hợp tử máu có HbE, người dị hợp tử máu có HbA HbE định lượng HbE phương pháp sắc ký lỏng cao áp Phương pháp di truyền phân tử RFLP dùng để phát người bệnh đồng hợp tử, dị hợp tử từ mẫu ADN chiết tách từ tế bào bạch cầu máu ngoại vi Phương pháp đặc biệt ích lợi để chẩn đoán trước sinh bệnh dựa ADN từ tế bào ối tế bào tua rau b) Chứng Methemoglobin - Chứng MetHb thiếu enzym methemoglobin reductase, MetHb khơng chuyển thành Hb gây nên triệu chứng xanh tím rối loạn oxy hóa tế bào - Chứng MetHb biến đổi cấu trúc phân tử Hb Bình thường phân tử Hb, histidin liên kết với sắt, acid amin bị thay tyrozin, mối liên kết Hb với nguyên tố sắt bị rối loạn gây cản trở chức vận chuyển oxy Hb c) Một số loại Hb khác thay acid amin - HbD (Punjab): acid glutamic vị trí 121 chuỗi β thay glycin - HbD (Idaban): threonin vị trí 87 thay lyzin - HbQ: asparazin vị trí 74 chuỗi α thay histidin - Hb Ottawa: acid glutamic vị trí 15 chuỗi α thay arginin - Hb Zurich: histidin chuỗi β thay arginin - Hb Bushwick cấu tạo glycin vị trí 74 chuỗi β thay valin d) Dị hợp tử kép • Trong bệnh Hb có trường hợp bệnh trạng thái dị hợp tử kép, hồng cầu chứa hai loại Hb bất thường • Tính chất bệnh biểu lâm sàng thay đổi tùy thuộc mức độ Hb bất thường hồng cầu • VD: β thalassemia phối hợp với HbE thalassemia phối hợp với HbS Thành viên nhóm • • • • • • • • Bùi Lê Vân Anh Nguyễn Quang Bảo Quách Thị Kim Chi Huỳnh Thị Hiền Nguyễn Thị Thanh Hiền Lê Phan Phúc Hưng Lê Văn Tây Nguyễn Lê Thùy ... khác trình tự ADN tương tác đặc hiệu với yếu tố ặc hiệu mô khác làm nhiệm vụ điều hòa gen Vị trí gắn cho yếu tố đặc hiệu mơ: trình tự ADN tương tác với yếu tố đặc hiệu mô cho phép gen cấu trúcliên... tiền thân điều chỉnh yếu tố kiểm soát phiên mã Yếu tố cho phép gen phiên mã kiểm soát chất lượng phiên mã • • • • • Bước 2: từ mARN tiền thân đến mARN thục điều chỉnh yếu tố kiểm sốt q trình ARN... bào chất nhờ yếu tố kiểm soát vận chuyển ARN Bước 4: mARN tế bào chất dịch mã thành protein ribosom nhờ yếu tố kiểm soát dịch mã Bước 5: số phân tử mARN giáng cấp tế bào chất nhờ yếu tố kiểm soát