Tài liệu Các phương pháp lập bản đồ di truyền người doc

Các phương pháp lập bản đồ di truyền người 1. Phân tích liên kết (Linkage analysis) Sự trao đổi chéo giữa các locus trên cùng nhiễm sắc thể có thể tạo ra tái tổ hợp. Việc đánh giá tần số tái tổ hợp có thể thực hiện dựa vào quan sát sự di truyền các allele trong các gia đình. Sự xác định các phase liên kết (có nghĩa là nhiễm sắc thể mà trên đó mỗi một allele được định vị) là một phần quan trọng của phương pháp này. Mặc dù có sự tương quan giữa centiMorgan và khoảng cách vật lý thật sự giữa các locus, mối quan hệ này bị phức tạp do các sai khác về giới tính trong tái tổ hợp, các tần số tái tổ hợp cao hơn ở gần các telomere và sự tồn tại của các điểm nóng tái tổ hợp (recombination hot spots). Sự sai khác về thống kê của 2 locus có thể được tính toán bằng cách tính tỉ số của hai hợp lẽ (likelihood): hợp lẽ của liên kết ở tần số tái tổ hợp đã cho chia cho hợp lẽ của không liên kết. Logarithm của tỉ số sai khác này được ký hiệu là LOD (logarithm of odds). LOD>0,3: có liên kết; LOD<-0,2: không liên kết. Khoảng cách giữa các locus được tính bằng đơn vị centiMorgan (cM). 1 cM tương ứng với tần số tái tổ hợp xấp xỉ 1%. Phân tích liên kết cho phép chúng ta xác định được khoảng cách tương đối giữa các locus nhưng không xác định được các vị trí đặc trưng với marker hoặc các gene bệnh. 2. Các phương pháp lập bản đồ vật lý (physical mapping) 2.1. Phương pháp lập bản đồ mất đoạn (delection mapping) Karyotype của các bệnh nhân mắc bệnh di truyền thỉnh thoảng được phát hiện thấy hiện tượng mất đoạn một vùng đặc trưng trên nhiễm sắc thể. Điều này cho thấy rằng locus gây bệnh có thể nằm trong vùng bị mất. Chiều dài đoạn bị mất có thể biến đổi ở một số bệnh nhân mắc cùng một bệnh. Các đoạn mất của nhiều bệnh nhân được so sánh để xác định vùng bị mất ở tất cả các bệnh nhân, do đó thu hẹp lại vị trí của gene bệnh. Phương pháp lập bản đồ mất đoạn đã được sử dụng để xác định vị trí các gene chịu trách nhiệm đối với ung thư võng mạc (retinoplastoma), hội chứng Prader Willi và Angelman và khối u Wilms. Khối u Wilms là một khối u thận ở giai đoạn đầu do đột biến nhiễm sắc thể số 11 gây ra. Chú ý rằng các mất đoạn này chỉ xảy ra ở một nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng, tạo ra bệnh nhân dị hợp tử đối với đoạn bị mất. Nếu đoạn bị mất đủ lớn để có thể quan sát dễ dàng dưới kính hiển vi và xảy ra trên cả hai nhiễm sắc thể của cặp tương đồng thì thường gây chết. 2. 2. Phương pháp lai tại chỗ (In situ hybridization) Đoạn DNA thu được từ marker đa hình hoặc gene bệnh mà chúng ta muốn biết vị trí được tạo dòng với mẫu dò (probe) bằng kỹ thuật DNA tái tổ hợp. Mẫu dò được đánh dấu với chất phóng xạ như tritium chẳng hạn. Sau đó mẫu dò được đặt vào một màng lai chứa nhiễm sắc thể kỳ giữa mà DNA của nó đã biến tính. Mẫu dò phóng xạ sẽ bắt cặp bổ sung với DNA đã biến tính của đoạn nhiễm sắc thể đặc trưng. Bởi vì mẫu dò phát ra bức xạ nên vị trí của nó có thể được xác định một cách chính xác bằng cách đặt một phim nhạy cảm tia X lên trên màng lai (phóng xạ tự ghi (autoradiography)). Phương pháp lai tại chỗ sử dụng các mẫu dò phóng xạ thường diễn ra chậm và mức phân tích khá thấp (2-5 Mb). Kỹ thuật FISH (fluorescence in situ hybridization) sử dụng mẫu dò huỳnh quang thay cho mẫu dò phóng xạ là nhanh hơn và cho phép phân tích vùng của mẫu dò tốt hơn, thường là ở trong khoảng 1 Mb đối với nhiễm sắc thể kỳ giữa. Bằng cách sử dụng nhiễm sắc thể kỳ trung gian, các nhiễm sắc thể ở kỳ này kết xoắn ít hơn các nhiễm sắc thể kỳ giữa, phân tích FISH có thể được tăng lên từ 25-250 kb. 2.3. Lai tế bào soma Các tế bào soma của các loài khác nhau khi sinh trưởng trong cùng môi trường nuôi cấy với sự có mặt của một số tác nhân như polyethylene glycol hoặc virus Sendai, thỉnh thoảng sẽ dung hợp với nhau tạo thành các tế bào lai. Khi lai các tế bào chuột và tế bào người với nhau sẽ thu được các tế bào lai chứa 86 nhiễm sắc thể : 46 nhiễm sắc thể người và 40 nhiễm sắc thể chuột. Sau đó các tế bào lai được phép sao chép. Các tế bào này bắt đầu mất đi một số nhiễm sắc thể người khi chúng trải qua quá trình nguyên phân. Cuối cùng các tế bào còn lại bộ nhiễm sắc thể đầy đủ của chuột và chỉ một hoặc một số nhiễm sắc thể người. Các tế bào này được lập karyotype để xác định nhiễm sắc thể nào của người còn lại (nhiễm sắc thể của người và chuột có thể được phân biệt với nhau dựa vào kích thước và các phương pháp hiện băng). Sau đó các tế bào này được nghiên cứu để xác định tế bào nào mang gene thích hợp đang nói đến. Ví dụ nếu gene luôn luôn được tìm thấy trong các tế bào chứa nhiễm sắc thể số 1 của người nhưng chưa bao giờ được phát hiện trong các tế bào không mang nhiễm sắc thể số 1, chúng ta có thể kết luận rằng gene này phải được định vị trên nhiễm sắc thể số 1. Sự có mặt của gene trong tế bào lai có thể được phát hiện bằng một số phương pháp. Nếu gene mã hoá một enzyme được sản xuất ra bởi tế bào thì một xét nghiệm enzyme có thể được sử dụng. Điện di protein được sử dụng để nhận ra một sản phẩm protein người và để phân biệt nó với sản phẩm protein tương đương của chuột. Tuy nhiên các phương pháp này yêu cầu một sản phẩm protein đã biết phải được phát hiện. Thông thường hơn, hiện nay các nhà nghiên cứu kiểm tra sự lai của các dòng tế bào dung hợp với một mẫu dò đánh dấu phóng xạ mang DNA quan tâm bằng cách sử dụng phương pháp Southern blotting hoặc kỹ thuật PCR. 2.4. Lập bản đồ lai phóng xạ (Radiation hybrid mapping) Phương pháp này bắt đầu với một thể lai tế bào soma chứa một nhiễm sắc thể đơn của người. Sau đó các tế bào này được chiếu với tia X hoặc tia -> để làm đứt gãy sợi kép nhiễm sắc thể. Bức xạ này giết chết tế bào vì vậy chúng phải được dung hợp với tế bào động vật gặm nhấm để tồn tại. Một số tế bào lai được tạo ra gọi là các thể lai phóng xạ (radiation hybrid) mang các đoạn nhỏ nhiễm sắc thể người đã lai với nhiễm sắc thể gặm nhấm. Sự có mặt của nhiễm sắc thể người có thể được phát hiện bằng sự sàng lọc đối với các trình tự Alu. Các trình tự Alu này tìm thấy ở mỗi một đoạn có kích thước vài kb trong nhiễm sắc thể người nhưng không tìm thấy ở trong nhiễm sắc thể của gặm nhấm. Bởi vì bức xạ bẻ gãy nhiễm sắc thể người ở những khoảng cách ngẫu nhiên, các locus được định vị gần với một locus khác hơn sẽ được tìm thấy thường hơn trên cùng đoạn nhiễm sắc thể (có xu hướng cùng đi với nhau). Kỹ thuật PCR có thể được sử dụng để xác định thể lai phóng xạ mang các tổ hợp đặc trưng của các locus người. Sau đó sử dụng phương pháp thống kê để đánh giá mỗi một cặp locus thường được tìm thấy trên cùng đoạn nhiễm sắc thể như thế nào. Kết quả này cung cấp sự đánh giá khoảng cách tương đối giữa các locus. Ngoài các phương pháp trên người ta còn dùng các phương pháp tạo dòng định vị (positional cloning), phân tích sự bảo tồn của các loài lai (analysis of cross-species conservation), phân tích trình tự DNA bằng máy tính, sàng lọc các đột biến ở trong trình tự (screen for mutations in the sequence), kiểm tra sự biểu hiện của gene . Các phương pháp lập bản đồ di truyền người 1. Phân tích liên kết (Linkage analysis) Sự trao đổi chéo giữa các locus trên cùng. khoảng cách tương đối giữa các locus nhưng không xác định được các vị trí đặc trưng với marker hoặc các gene bệnh. 2. Các phương pháp lập bản đồ vật