Chuyển đoạn kế tiếp (tandem translocation) là do hợp nhất giữa 2 NST và hay gặp nhất là sự chuyển đoạn giữa 2 NST tâm đầu. Ở đây sự đứt gãy xảy ra ở nhánh dài NST 21 gần đầu mút và sự đứt ở nhánh dài NST 21 khác gần vị trí phần tâm. Nhánh dài của NST 21 này nối với đầu xa của NST 21 khác tạo nên hiện tƣợng chuyển đoạn lặp kế tiếp (21/21). Bố hoặc mẹ mang NST chuyển đoạn lặp đoạn có 2n=45 và kiểu hình bình thƣờng.Quá trình tạo giao tử sẽ có giao tử mang NSTchuyển đoạn lặp đoạn
kết hợp với giao tử bình thƣờng có 1 NST 21 tạo nên hợp tử có chứa NST 21 chuyển đoạn lặp kế tiếp (tam nhiễm từng phần) và biểu hiện hội chứng Down.
Hình 1.9. Cơ chế hình thành chuyển đoạn lặp đoạn của NST 21[5] 1.4.5. Bố hoặc mẹ mang NST 21 tâm cân cánh dài i(21q)
NST 21 tâm cân phát sinh do sai sót trong quá trình phân chia của phần tâm ở giai đoạn kỳ sau của lần phân chia thứ hai của quá trình giảm phân tạo giao tử hoặc kỳ sau của quá trình nguyên phân của hợp tử.Ở đây phần tâm bị đứt theo chiều ngang thay cho chiều dọc nhƣ bình thƣờng. Nhƣ vậy sẽ tạo nên hai NSTbất thƣờng tâm cân: i(21q) và i(21p).Thông thƣờng NST 21 tâm cân i(21p)bị mất đi trong chu kỳ phân bào tiếp theo. Trong quá trình thụ tinh, giao tử chứa NST 21 tâm cân i(21q) kết hợp với giao tử bình thƣờng chứa 1 NST 21 sẽ tạo nên hợp tử chứa NST 21 tâm cân i(21q) và biểu hiện thành hội chứng Down.
Hình 1.10. Cơ chế hình thành NST 21 đều nhánh dài[5] 1.4.6. Các gen liên quan đến hội chứng Down
Trong những năm gần đây,bằng phƣơng pháp lai huỳnh quang tại chỗ (FISH) kết hợp với các kỹ thuật di truyền phân tử, các nhà di truyền học đã xác định đƣợc 5 gen có liên quan chắc chắn đến dấu hiệu lâm sàng của hội chứng Down đã đƣợc định vị trong 1 vùng của nhánh dài (q) của NST 21. Các gen này bao gồm:
- SOD-1 (ở vị trí 21q22.1) mã hóa cho enzym superoxide dismutase 1, tham gia vào quá trình chết theo chƣơng trình và có liên quan đến bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS, amyotrophic lateral sclerosis). Là 1 trong 3 enzym superoxide dismutase trong cơ thể, enzym SOD-1 liên kết ion với đồng và kẽm để phá hủy các gốc superoxide tự do trong cơ thể.
- alpha-A-Cristallin (ở vị trí 21q22.3) là một protein cấu trúc hòa tan trong nƣớc, có cấu trúc giống với các protein sốc nhiệt nhỏ. alpha-A-Cristallin có chức năng ngăn chặn sự kết tủa của các protein đã bị biến tính và tăng cƣờng sức chống chịu của tế bào với stress.
- Gart(ởvị trí 21q21.1) khi đƣợc biểu hiện quá mức sẽ phá hủy quá trình tổng hợp và sửa chữa DNA.
- ets-2 (ởvị trí 21q22.2)khi biểu hiện nhiều sẽnhiều sẽ gây ra các dịtật về xƣơng
- pfkl (ởvị trí 21q22.4) là một trong các enzym điều hòa chủ chốt củaquá tình phân giải glucose trong cơ thể.
Hình 1.11. Năm gen liên quan đến kiểu hình của tam nhiễm 21
1.5. Nghiên cứu về bộ NST
“Nhiễm sắc thể” (chromosome) là một từ có gốc Hy Lạp, là sự kết hợp của hai từ “chroma” (color) và “soma” (body), để mô tả tính chất bắt màu mạnh với thuốc nhuộm đặc biệt. Schleiden và Virchow là hai trong số các nhà khoa học nhận thấy một cấu trúc trong nhân tế bào mà về sau đƣợc xác nhận là bộ nhiễm sắc thể (đƣợc đặt tên bởi Flemming) từ những năm 1980. Trong cùng thời gian này, Boveri mô tả các cấu trúc này nhƣ thể mang vật chất di truyền[25]. Ngày 26 tháng 1 năm 1956, Tjio và Levan đã công bố kết quả nghiên cứu của mình trên tạp chí Hereditas, một tạp chí
thuộc vùng Scandinavi, rằng bộ nhiễm sắc thể ngƣời có 46 chiếc (chứ không phải là 48 chiếc nhƣ Painter công bố vào năm 1923)[25, 76].Chỉ vài năm sau công bố của Tjio và Levan, các biến đổi số lƣợng nhiễm sắc thể lần lƣợt đƣợc tìm ra. Đó là hội chứng Down (Lejeune và cs, 1959 [45]), hội chứng Turner (Ford và cs, 1959 [22]) và Klinefelter (Jacob và cs, 1959 [35]).
Mẫu bệnh phẩm sử dụng cho các phân tích nhiễm sắc thể đồ tại thời điểm đó đã là mẫu máu ngoại vi. Ngoại trừ một số bệnh bạch cầu cấp, máu nuôi cấy trong môi trƣờng sẽ sản xuất ra một ít nếu có nguyên phân. Năm 1960, Nowell đã phát hiện ra chất gây nguyên phân đầu tiên: phytohaemagglutinin (PHA). Nowell đã sử dụng PHA để kết dính hồng cầu nhằm thu đƣợc môi trƣờng chứa bạch cầu. Sau đó nguyên phân đƣợc quan sát trong môi trƣờng bạch cầu. Ngƣời ta tìm thấy rằng PHA gây ra “phản ứng blastoid” trong tế bào lympho T nơi mà các tế bào này nhỏ, hoàn toàn khác biệt với dạng blastoid lớn hơn và phân chia cho một số lƣợng nhỏ các thế hệ. Các chất gây nguyên phân khác đƣợc phân lập để kích thích tế bào T hoặc/và tế bào B phân chia, nhƣng PHA vẫn là chất đƣợc lựa chọn nhiều nhất ở các phòng thí nghiệm. Ngƣời ta đã chứng minh rằng 72 giờ nuôi cấy sau khi đã bổ sung PHA làm tối ƣu môi trƣờng lympho sử dụng trong phân tích di truyền tế bào.
Các chế phẩm cố định của môi trƣờng kích thích cho thấy tƣơng đối ít cụm metaphase. Các nhiễm sắc thể có hình chữ V, bao quanh mặt phẳng xích đạo với cánh trải rộng. Sau khi thêm colcemid, một alkaloid để phá vỡ thoi vô sắc, tế bào đang bƣớc vào nguyên phân không thể tiến triển qua kỳ giữa, kết quả chỉ số phân bào tăng. Sự ngƣng tụ NST xảy ra trong suốt kỳ đầu tiếp tục trong quá trình tiếp xúc với colcemid, kéo dài trong lúc ủ, kết quả là quá ngƣng tụ NST và đa bội trong một số trƣờng hợp vì tế bào trải qua chu trình tế bào tiếp theo nhƣng không phân chia. Vì thế việc sử dụng đúng colcemid sẽ cho NST thằng, sắp xếp ngẫu nhiên.
Mặc dù sự thêm colcemid cải thiện hình thái NST, nhƣng NST ở kỳ giữa vẫn còn đông và không đƣợc sử dụng để phân tích. Năm 1952, Hus tìm ra sự thay đổi khi ủ tế bào trong dung dịch nhƣợc trƣơng trƣớc khi cố định làm cho tế bào trƣơng lên tạo ra NST dàn trải rất tốt. Hungerford và DiBerardino (1958) đã chứng minh rằng KCl hòa tan trong H2O là dung dịch nhƣợc trƣơng hữu ích, KCl 0.075 M là sự lựa
Việc nghiên cứu và phân tích bộ nhiễm sắc thể thực sự phát triển kể từ cuối những năm 1960 khi các kỹ thuật nhuộm băng khác nhau lần lƣợt đƣợc ra đời và sử dụng rộng rãi.
Kỹ thuật nhuộm băng Q đƣợc mô tả đầu tiên bởi Caspersson và cộng sự
(1969)[17]. Tiêu bản NST đƣợc nhuộm bằng dung dịch Quinacrin dihydroclorid 0,5% hoặc Quinacrin mustard 0,05% và quan sát dƣới kính hiển vi huỳnh quang thấy các băng sáng và băng tối xen kẽ nhau trên NST. Số lƣợng, kích thƣớc và vị trí của các băng đặc trƣng cho tùng NST.Băng Q không chỉ ứng dụng cho việc xác định NST mà còn đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu tính đa hình của các NST số 3, số 4, các NST tâm đầu nhƣ NST Y. Mặt khác phƣơng pháp nhuộm băng Q có thể dùng để phát hiện về nguồn gốc NST của bố mẹ trong những trƣờng hợp tam nhiễm hoặc tam nhiễm tùng phần[27].
Kỹ thuật nhuộm băng G đƣợc mô tả bởi Seabright(1971). Tiêu bản NST đƣợc cho vào dung dịch enzym (trypsin) với nồng độ và thời gian khác nhau, sau đó nhuộm bằng giemsa, quan sát trên kính hiển vi quang học. Phƣơng pháp nhuộm băng G cho phép xác định đƣợc các vùng của từng NST, các rối loạn của NST: tam nhiễm,chuyển đoạn, đứt đoạn, tam nhiễm tùng phần[69].
Kỹ thuật nhuộm băng C: Arrighi và Hsu(1971) mô tả phƣơng pháp này khi tiêu bản NST đƣợc xử lý bằng dung dịch muối ở nhiệt độ cao, sau đó nhuộm bằng giemsa và quan sát dƣới kính hiển vi quang học. Phƣơng pháp nhuộm băng C cho phép xác định đƣợc phần tâm động của các NST, phần dị nhiễm sắc trên nhánh dài NST Y, các vùng eo thắt thứ hai trên nhánh dài của NST số 1, số 9 và số 16 kề với phần tâm[27].
Phƣơng pháp lai tại chỗ (Fluorescence in situ hybridization-FISH) đƣợc mô tả bởi Elder (1980) và Burk(1985). Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng mẫu dò có gắn chất huỳnh quang và thực hiện trên tiêu bản NST sau khi đã phân hủy ARN và protein. Tiêu bản đƣợc quan sát dƣới kính hiển vi huỳnh quang. Phƣơng pháp lai tại chỗ cho phép xác định những biến đổi nhỏ trong phạm vi một gen, xác định sự khuếch đại gen,và là cơ sở để giải thích sự biến đổi của NST nhƣ chuyển đoạn, mất đoạn, thể tam nhiễm [10, 40, 82].
1.6. Tình hình nghiên cứu hội chứng Down trên thế giới và Việt Nam
1.6.1. Tình hình nghiên cứu hội chứng Down trên thế giới
Hội chứng Down là một hội chứng rối loạn NST đã đƣợc nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới. Đã có nhiều tác giả từ các quốc gia khác nhau công bố tình hình mắc hội chứng Down tại quốc gia đó. Năm 2016 Fayra Belmokhtar và cộng sự tổng hợp một số kết quả nghiên cứu chínhvề tỷ lệ các dạng bất thƣờng NST khác nhau liên quan đến hội chứng Down(Bảng 1.5).
Bảng 1.5. Một số nghiên cứu về hội chứng Down ở các quốc gia trên thế giới [15]
Nƣớc Angeria[13] Ai Cập [21] Ma Rốc[37] Tunisia[18] Libya[80] Oman[8] UAE[59] Kuwait[9]
Nƣớc [20] Trung Quốc[83] Ấn Độ [81] Ấn Độ [52] Anh và xứ Wales [60] Đan Mạch [85] Brazil[77] Mexico[24] Australia[73]
Một trong những nghiên cứu mới nhất là nghiên của Zhao W. và cộng sự trên 247818 bệnh nhân ở Trung Quốc, trong đó đã phát hiện ra 7133 trƣờng hợp có bộ NST tam nhiễm 21. Ngoài các dạng Down hay gặp, tác giả bắt gặp 11 ca mắc hội chứng Down kèm với các thay đổi NST khác nhƣ Bảng 1.6[83].
Bảng 1.6. Các kiểu thể ba nhiễm 21 kết hợp bất thường khác [83]
Kiểu gen
47,XY,der(21;21)(q10;q10),+mar 48,XX,+21,+mar
48,XXY,+21 48,XYY,+21
48,XX,+21,+mar/47,XX,+21 48,XYY,+21/47,XY,+21 Tổng
1.6.2. Tình hình nghiên cứu về hội chứng Down ở Việt Nam
Trong những năm gần đây, tại Việt Nam các nhà di truyền học lâm sàng đã có những báo cáo nghiên cứu về mặt dịch tễ học, đặc điểm lâm sàng và di truyền học ở những trẻ mắc hội chứng Down, cũng nhƣ bƣớc đầu tìm hiểu nguyên nhân và nguy cơ sinh con bị bệnh Down[7]. Từ năm 1972 đến 1976 một số tác giả Đặng Phƣơng Kiệt, Bùi Đức Phong, Bạch Quốc Tuyên) đã nghiên cứu và thấy tần số mắc hội chứng Down 0,015% đến 0,24%.Nguyễn Thị Phƣợng và cộng sự (1990-1993) khi phân tích trên 100 bệnh nhân cho thấy 88% là thể tam nhiễm 21 thuần, 5,9% là thể chuyển đoạn và 5,9% là thể khảm [3]. Năm 1999 Tạ Anh Tuấn đã nghiên cứu và phân tích NST trên 113 bệnh nhân đã phát hiện thấy: 89,4 % là thể tam nhiễm thuần, 4,2% là thể chuyển đoạn, 6,4% là thể khảm.Tuổi của mẹ trên 35 tuổi khi mang thai chiếm tỷ lệ 27,3%[6].Năm 2001 Nguyễn Thúy Hồng đã nhận xét tuổi của mẹ trên 35 nguy cơ sinh con bị Down tăng lên 4 lần và tuổi của mẹ trên 40 nguy cơ sinh con bị Down tăng lên 6 lần[4].Năm 2003 Nguyễn Văn Rực trong đề tài “Nghiên cứu đặc điểm karyotype , kiểu hình của trẻ down và karyotype của bố mẹ” trên 105 trẻ nghi ngờ mắc hội chứng Down, tác giả đã phát hiện 100 trẻ có biểu hiện rối loạn NST chiếm tỷ lệ 95,2%. Tỷ lệ các dạng Down tìm thấy là 91% thuần, 6% thểkhảm và 3% chuyển đoạn. Tỷ lệvề giới là nam 67%, nữ 33% [5]. Năm 2003 Bùi Võ Minh Hoàng- Đại học Y Dƣợc thành phố Hồ Chí Minh đã lần đầu tiên ứng dụng ở Việt Nam kỹ thuật FISH trong việc xác định bất thƣờng NST trƣớc sinh[1].Năm 2004 Hoàng Thu Lan đã ứng dụng kỹ thuật FISH trong chẩn đoán trƣớc sinh hội chứng Down[2].
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Bùi Võ Minh Hoàng (2003), Nghiên cứu ứng dụng kỹthuật lai tại chỗ huỳnh quang (FISH) để phát hiện nhanh một số bất thường nhiễm sắc thể trong chẩn đoán trước sinh, Luận văn thạc sỹ Y học, Đại học Y dƣợc Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Hoàng Thu Lan (2004), Hoàn chỉnh kỹ thuật lai tại chỗ huỳnh quang và bước dầu ứng dụng trong chẩn đoán trước sinh hội chứng Down, Luận văn thạc sỹ Y học Đại học Y Hà Nội, Hà Nội.
3. Nguyễn Thị Phƣợng and Lê Minh Hƣơng (1996), "Tìm hiểu nguyên nhân của 100 trƣờng hợp bệnh nhân mắc hội chứng Down tại BVBMTSS từ 1990-1993’", Di truyền học và ứng dụng 4, 27-31.
4. Nguyễn Thúy Hồng (2001), Tìm hiểu yếu tố nguy cơ sinh con bịhội chứng Down, Luận văn tốt nghiệp bác sỹ, Đại học Y Hà Nội, Hà Nội.
5. Nguyễn Văn Rực (2003), Nghiên cứu đặc điểm karyotype, kiểu hình của trẻ Down và karyotype của bố mẹ, Luận án Tiến sĩ Y học Đại học Y Hà Nội, Hà Nội.
6. Tạ Anh Tuấn (1999), Góp phần nghiên cứu chẩn đoán và tìm hiểu nguyên nhân hội chứng Down ở trẻ em, Luận án Thạc sỹ Y học, Đại học Y Hà Nội, Hà Nội.
7. Trần Đức Phấn (2015), Hội chứng Down : sàng lọc, chẩn đoán trước sinh và tư vấn di truyền, Báo cáo hội thảo quốc tế về sử dụng acid folic và các biện pháp phòng ngừa dị tật bẩm sinh Đại học Y Hà Nội, Hà Nội.
8. Al Harasi S. M. (2010), Down Syndrome in Oman: Etiology, Prevalence and Potential Risk Factors. A Cytogenetic, Molecular Genetic and Epidemiological Study, Thesis PhD , Charité University Hospital , Berlin, Germany.
9. Al-Awadi S. A., Farag T. I., Teebi A. S., Naguib K. K., El-Khalifa M. Y. and Marafie M. J. (1991), "Cytogenetic profile of Down syndrome in Kuwait: A decade of experience", The Journal Of The Egyptian Public Health Association 16(suppl), 259–269.
10. Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K. and Watson J. D. (1992),
Biologie Moleculaire de la cellule. 2nd Edition., Flammarion Medecine- Sciences,
11. Alfarawati S., Fragouli E., Colls P. and Wells D. (2012), "Embryos of robertsonian translocation carriers exhibit a mitotic interchromosomal effect that enhances genetic instability during early development", PloS Genet 8, 1- 8.
12. Amayreh W., Al Qa’qa’ K., Al Hawamdeh A. and Khashashneh I. (2012), "Clinical and Cytogenetic Pro le of Down Syndrome at King Hussein Medical Centre", Journal of the Royal Medical Services 19, 14-18. 13. Amoura M. (2012), "80.000 children with Down syndrome, in Algeria",
Santé-Mag 4, 16.
14. Antonarakis S. E., Lyle R., Dermitzakis E. T., Reymond A. and Deutsch S. (2004), "Chromosome 21 and down syndrome: from genomics to pathophysiology", Nat Rev Genet 5, 725-738.
15. Belmokhtar F., Belmokhtar R. and Kerfouf A. (2016), "Cytogenetic Study of Down Syndrome In Algeria: Report and Review", Genetic Syndromes & Gene Therapy 7(1), 1-6.
16. Carothers A. D., Hecht C. A. and Hook E. B. (1999), "International variation in reported livebirth prevalence rates of Down syndrome, adjusted for maternal age", J Med Genet 36, 386-393.
17. Casperson L. , Zech E. , Modest J., Foley G. E., Wagh U. and Simonson E. (1969), "DNA binding fluorochromes for the study of the organization of the metaphase nucleus", Exp Cell. Res 58, 141-152.
18. Chaabouni H., Smaoui N., Maazoul F., Ben Jemaa L. and M'Rad R. (1999), "Epidemiologic and genetic study of trisomy 21 in Tunisia", La Tunisie Médicale 77(8-9), 407-414.
19. De-Michelena M. I. (1993), "Paternal age as a risk factor Down syndrome",
Am.J.Med. Genet. 45(6), 679-682.
20. Demirhan O., Tanrıverdi N., Suleymanova D. and Cetinel N. (2015), "Cytogenetic profiles of 1213 children with Down syndrome in South Region of Turkey", J Mol Genet Med 9, 157-160.
21. El-Gilany A. H., Yahia S., Shoker M. and El-Dahtory F. (2011), "Cytogenetic and comorbidity profile of Down syndrome in Mansoura
University Children’s Hospital, Egypt", Indian J Hum Genet 17, 157-163. 22. Ford C. E., Jones K. W., Polani P. E., De Almeida J. C. and Briggs J. H.
(1959), "A sex-chromosome anomaly in a case of gonadal dysgenesis (Turner’s syndrome)", Lancet 1, 711-713.
23. Gardner R., Sutherland G. and Shaffer L. (2012), Chromosome
Abnormalities and genetic Counseling, Fourth edition, Oxford, New York. 24. Garduño-Zarazúa L. M., Giammatteo Alois L. , Kofman-Epstein S. and
Cervantes Peredo A. B. (2013), "Prevalence of mosaicism for trisomy 21 and cytogenetic variant analysis in patients with clinical diagnosis of Down syndrome: A 24-year review (1986-2010) at the Servicio de Genética, Hospital General de México “Dr. Eduardo Liceaga”", Bol Med Hosp Infant Mex 70, 29-34.
25. Gartler S. M. (2006), "The chromosome number in humans: a brief history",