Tác động của dioixn có thể gây đột biến trên hệ gen và biến đổi vật chất di truyền. Đột biến Gln2933Pro trên gen FAT1 di truyền từ người bố có thể là một trong những nguyên nhân gây ra bệnh ID của người con. Vì vậy cần những nghiên cứu sâu hơn về các con đường phân tử trong ảnh hưởng của dioxin.
2.5. Tổng quan về gen FAT1 ở người
2.5.1. Đặc điểm gen FAT ở người Cấu trúc Cấu trúc
FAT được phát hiện lần đầu liên ở Drosophila do một đốt biến gây chết.
Drosophila có 2 thành viên cadherin FAT là FAT1 và FAT2 được coi là chất ức chế khối u. Hầu hết các đột biến chức năng của gen FAT đều dẫn đến kiểu hình là phát triển biểu mô quá mức dẫn đến ảnh hưởng đến các bộ phận như cánh, chân, râu và mắt,…khi bất hoạt FAT. Nguyên nhân được giả thuyết có thể do gen FAT có thể ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện của các yếu tố phiên mã trên con đường tín hiệu.
FAT cũng được cho là tác động lên cực của tế bào phẳng do đột biến FAT ở
Drosophila gây nên hiện tượng lưng bụng bị đảo ngược. Các vai trò chức năng của
Ft và Ft2 trong Drosophila chủ yếu bao gồm quy định hình thái, kiểm soát tăng trưởng và cực của tế bào phẳng, cung cấp nền tảng cho việc nghiên cứu cadherins FAT ở động vật có xương sống.
Khi tiến hành nghiên cứu ở động vật có xương sống, họ cadherin FAT đã được mở rộng lên 4 thành viên nhưng cấu trúc và chức năng của chúng vẫn được bảo tồn giữa các loài. Họ cadherin FAT ở động vật có xương sống bao gồm FAT1, FAT2, FAT3, FAT4 là các thụ thể xuyên màng đơn lẻ, đặc trưng bởi các đoạn lặp lại cadherin. FAT1 và FAT4 chứa 34 lần lặp lại cadherin, FAT2 và FAT3 lần lượt chứa 32 và 33 lần lặp lại. Chúng có các cách sắp xếp cũng như số lượng các mơ típ laminin-G và các mơ típ giống như yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF) khác nhau. Sự khác nhau về mặt cấu trúc giúp chúng có những chức năng riêng [25].
Hình 2.6: Các thành viên của họ cadherin FAT của Drosophila và động vật có xương sống [25].
2.5.2. Gen FAT1
Gen FAT1 của người được nhân bản từ dòng tế bào T-cell ALL của người vào năm 1995. Gen này nằm trên nhiễm sắc thể 4q34-35 và bao gồm 27 exon có độ dài xấp xỉ khoảng 15kb và là thành viên đầu tiên của gia đình họ Fat được xác định và được nghiên cứu thường xuyên nhất.
Về mặt cấu trúc, protein FAT1 là một protein xuyên màng loại I bao gồm vùng ngoại bào, vùng xuyên màng và đuôi tế bào chất. Phần ngoại bào bao gồm 34 lần lặp lại cadherin, 5 vùng giống yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF) và vùng giống laminin- G. Protein FAT1 khi được dịch mã sẽ trải qua quá trình phân cắt S1 qua trung gian furin trước khi đạt được biểu hiện trên bề mặt tế bào mặc dù quá trình này thường bị xáo trộn ở các tế bào ung thư [26].
FAT1 là một trong những gen đột biến thường xuyên nhất trong các bệnh ung thư ở người. Nó được coi là chất ức chế khối u cần thiết để kiểm soát sự tăng sinh tế bào hoặc gen gây ung thư trong các bối cảnh khác nhau. Ức chế khối u bằng cách ức chế phiên mã qua trung gian β-catenin và có thể được sử dụng như một chất chống di căn mới trong liệu pháp ung thư. Ngược lại, FAT1 cũng được coi là một gen gây ung thư thúc đẩy bệnh bạch cầu cấp dòng tủy và tăng sinh bệnh bạch cầu nguyên bào
lympho cấp tính. Vai trị của FAT1 đối với sự phát triển của mô và sự phát triển của bệnh ngày càng được nghiên cứu rộng rãi.
Đóng vai trị quan trọng trong việc duy trì các cơ quan và sự phát triển của cơ thể.
Gen này được biểu hiện ở mức độ cao trong một số biểu mô của thai nhi. Sản phẩm của nó có thể hoạt động như một phân tử kết dính hay một thụ thể tín hiệu trong quá trình phát triển và giao tiếp tế bào [26].
Ảnh hưởng đến sự tăng sinh, di chuyển và xâm lấn tế bào.
Sự kết dính giữa các tế bào là cơ sở cấu trúc cho sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật đa bào. Sự biểu hiện bất thường của các protein liên quan đến q trình kết dính giữa các tế bào sẽ dẫn đến các biến chứng khác nhau. Cadherins là các phân tử giúp liên kết các tế bào, cadherins FAT1 tham gia vào nhiều quá trình như kết dính tế bào, tăng sinh và di chuyển tế bào điều chỉnh động lực của actin, tính phân cực tế bào thơng qua tương tác protein-protein ở đi tế bào chất của nó. Biểu hiện FAT1 bất thường có thể dẫn đến sự phát triển của các khối u. Vì vậy, FAT1 đóng vai trị kép trong các bệnh ung thư khác nhau thơng qua các con đường tín hiệu [26].
Mất chức năng FAT1 dẫn đến giảm khả năng kết dính của các tế bào biểu mơ gây ra bệnh về thận. Trong thí nghiệm ở chuột khi bị loại bỏ FAT1, do thiếu mRNA FAT1 nên dẫn suy thận và chết trong vòng 48 giờ. Bên cạnh đó, những con chuột con này cịn có các biểu hiện khuyết tật nghiêm trọng, bao gồm dị tật toàn bộ não trước, nhãn cầu nhỏ và rối loạn mắt. Các đột biến lệch khung đồng hợp tử trong FAT1 cũng đã được báo cáo là gây ra hội chứng 4q đặc trưng bởi các biến dạng trên khuôn mặt, các bất thường ở da và mắt. Các bất thường về mắt ở những bệnh nhân có đột biến gen FAT1 bao gồm bệnh ptosis, bệnh mắt nhỏ, dị tật võng mạc và giảm thị lực nghiêm trọng [26].
Ngồi ra FAT1 có thể đóng vai trị trong điều chỉnh sự di chuyển của tế bào bằng cách tham gia vào quá trình điều chỉnh động lực học tế bào phụ thuộc Ena / Vasp. Tanoue và Takeichi [30] đã phát hiện ra rằng các protein FAT1 và Ena /Vasp cùng khu trú ở rìa của mỡ mảng, đầu của trục tơ và ở vị trí tiếp xúc giữa các tế bào. Loại bỏ FAT1 làm cho mạch máu khơng cịn tích tụ ở những vị trí này nữa bên cạnh
đó kết nối actin khơng được hình thành một cách chính xác. Moeller và cộng sự đã
nghiên cứu và cho rằng trong các tế bào bị loại bỏ FAT1 lượng protein mạch máu tích tụ ở phía trước tế bào giảm đáng kể, tế bào trở nên không phân cực và khả năng di chuyển của tế bào bị giảm. Vì vậy, FAT1 đóng một vai trị quan trọng trong động lực học actin thiếu FAT1 làm cho sự di chuyển tế bào bị suy yếu [25].
FAT1 kích hoạt một loạt các con đường tín hiệu bao gồm các con đường tín hiệu Wnt / β-catenin, Hippo và MAPK / ERK.
Vì vùng tế bào chất chứa nhiều miền khác nhau nên khi thử nghiệm trên dịng tế bào có nguồn gốc từ người cho thấy FAT1 kích hoạt một loạt các con đường tín hiệu thơng qua tương tác protein-protein, bao gồm các con đường tín hiệu Wnt / β-catenin, Hippo và MAPK / ERK. Đột biến hoặc biểu hiện không ổn định của gen này ảnh hưởng đến các con đường tín hiệu mà nó điều chỉnh thông qua các cơ chế phức tạp [26].
a. FAT1 và con đường tín hiệu Wnt / β-catenin
Con đường tín hiệu Wnt / β-catenin tham gia vào các quá trình sinh lý đa dạng như tăng sinh, biệt hóa, apoptosis, di cư, xâm nhập và cân bằng nội mơi mơ. Sự rối loạn điều hịa của dòng Wnt/ β-catenin cũng liên quan đến sự phát triển của một số khối u và khối u ác tính. Sự kích hoạt bất thường của β-catenin trong con đường tín hiệu Wnt / β-catenin được coi là yếu tố thúc đẩy sự hình thành khối u và tăng sinh tế bào ung thư [26].
Con đường tín hiệu Wnt / β-catenin chủ yếu bao gồm ba bước: Truyền tín hiệu Wnt tại màng, điều hòa ổn định β-catenin trong tế bào chất và hoạt hóa các gen mục tiêu Wnt trong nhân. Protein FAT1 có thể ảnh hưởng đến tín hiệu Wnt thơng qua hai bước sau. Morris và cộng sự tiết lộ rằng FAT1 liên kết với β-catenin trong tế bào người và hạn chế sự chuyển vị của nó vào nhân do đó ngăn cản sự phiên mã của các gen mục tiêu. Sự liên kết giữa FAT1 và con đường tín hiệu Wnt đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tổng thể sự tăng sinh các tế bào. Do đó đột biến FAT1 có thể là nguyên nhân chính gây ra sự rối loạn điều hịa đường truyền tín hiệu Wnt trong ung thư [26].
b. FAT1 và lộ trình phát tín hiệu của Hippo
Đường truyền tín hiệu Hippo điều chỉnh sự tăng sinh và biệt hóa tế bào, đóng vai trị quan trọng trong việc điều chỉnh sự phát triển mơ và kích thước cơ quan, thông qua việc điều hòa các yếu tố phiên mã TEF. Làm thế nào một cơ quan biết ngừng phát triển sau khi đạt đến một kích thước cụ thể? Sự phát triển của các cơ quan phụ thuộc vào một số quá trình xảy ra ở cấp độ tế bào, bao gồm phân chia tế bào và quá trình chết tế bào theo chương trình. Con đường tín hiệu của Hippo có liên quan đến việc hạn chế sự tăng sinh tế bào và thúc đẩy quá trình apoptosis. Nguyên nhân của ung thư do sự phân chia tế bào khơng được kiểm sốt, nên con đường tín hiệu này ngày càng trở nên quan trọng trong việc nghiên cứu ung thư ở người [26].
Con đường tín hiệu của Hippo gồm: Bộ điều chỉnh ngược dòng, băng kinase lõi và chất kích hoạt phiên mã xi dịng. Trong trường hợp khơng có tín hiệu kích hoạt ngược dịng, Yki- một chất đồng hoạt hóa phiên mã xi dịng có tác dụng kiểm sốt hoạt động của một số yếu tố phiên mã trong tế bào sẽ khơng bị phosphoryl hóa và được chuyển đến nhân nơi chương trình phiên mã của nó được hình thành từ đó thúc đẩy tăng sinh tế bào. Trong điều kiện mật độ tế bào thấp quá trình phiên mã diễn ra bình thường. Khi mật độ tế bào cao, băng kinase lõi sẽ được kích hoạt làm cho Yki bị phosphoryl hóa và được giữ lại trong tế bào chất từ đó ức chế hoạt động phiên mã của chúng [26].
Protein FAT1 đã được chứng minh là một yếu tố ngược dịng của con đường tín hiệu Hippo. Việc loại bỏ gen FAT1 sẽ thúc đẩy q trình hoạt hóa phiên mã. Vai trị của FAT1 trong việc điều chỉnh các yếu tố ngược dịng của con đường tín hiệu Hippo cung cấp thêm bằng chứng về vai trị quan trọng của nó đối với sự phát triển cũng như các bệnh tật [26].
c. FAT1 và lộ trình báo hiệu MAPK / ERK
Con đường MAPK/ERK truyền tín hiệu từ một thụ thể trên bề mặt tế bào tới DNA trong nhân tế bào. Con đường tín hiệu MAPK / ERK đóng một vai trị trong q trình tăng sinh, biệt hóa và apoptosis của tế bào, liên quan đến sự di chuyển và xâm lấn của một số loại ung thư. Khi quan sát ở các khối u hoạt động MAPK / ERK thường khơng được kiểm sốt.Khi một trong những protein ở con đường tín hiệu này
bị đột biến, đường truyền tín hiệu sẽ bị tắc, đây là một bước cần thiết trong quá trình phát triển của nhiều bệnh ung thư [26].
FAT1 có thể ảnh hưởng đến sự tăng sinh tế bào ung thư thông qua việc mất kiểm sốt đường truyền tín hiệu MAPK / ERK. Wang và cộng sự [26] tiết lộ rằng loại bỏ FAT1 làm tăng mức độ biểu hiện mRNA của MAP3K8, MAP2K2 và MAP2K6 trong các tế bào ung thư biểu mô tế bào vảy thực quản và làm giảm mức độ biểu hiện mRNA của chất khử hoạt tính kép MAPK phosphatase 6, dẫn đến làm giàu MAPK đường tín hiệu. Vì vậy biểu hiện FAT1 có thể ức chế sự tăng sinh tế bào đồng thời ức chế sự di cư và xâm nhập của tế bào. Tuy nhiên, cần có thêm bằng chứng thực nghiệm để hiểu cách FAT1 điều chỉnh lộ trình tín hiệu MAPK / ERK.
Hiện tại, kiến thức về các con đường tín hiệu xi dịng chính xác do FAT1 làm trung gian vẫn chưa đầy đủ tuy nhiên biểu hiện của FAT1 được cho là có liên quan đến một số bệnh như chứng loạn dưỡng cơ facioscapulohumeral (FSHD), rối loạn lưỡng cực ( BPAD) và ALL. Chứng loạn dưỡng cơ facioscapulohumeral (FSHD) là các rối loạn di truyền dẫn đến sự suy yếu của các cơ xương. Ở FSHD biểu hiện của FAT1 không được điều chỉnh, protein FAT1 bị bất hoạt dẫn đến các nguyên bào vơ cực do đó làm thay đổi hình thái của chúng và ảnh hưởng đến hình dạng tổng thể của một số nhóm cơ trong đó cơ ở mặt, bả vai và cánh tay trên là những cơ bị ảnh hưởng nhiều nhất. Biến thể gen FAT1 cũng có liên quan tới căn nguyên của chứng rối loạn tâm thần lưỡng cực (BPAD). Blair và cộng sự đã xác định FAT1 là gen nhạy cảm của BPAD và các đa hình nucleotide đơn (SNP) được xác định trong vùng FAT1 [26].
Biểu hiện FAT1 bất thường có thể dẫn đến sự phát triển của các khối u và tiềm năng nghiên cứu FAT1 trong điều trị ung thư
Ở người, đột biến ở Fat1 có thể dẫn đến ung thư biểu mơ điển hình là do giảm điều hịa mRNA và protein hoặc mất dị hợp tử. Mất dị hợp tử đối với FAT1 đã phát hiện trong ung thư biểu mô miệng nguyên phát và u tế bào hình sao. Trong nghiên cứu FAT1 ở ung thư biểu mô tế bào gan cũng cho thấy biểu hiện Fat1 có liên quan đến tình trạng thiếu oxy và yếu tố thúc đẩy sự phát triển của các mạch máu mới (VEGF) trong ung thư biểu mô tế bào gan. Biểu hiện mRNA Fat1 cũng được điều
chỉnh ở những bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu nguyên bào lympho giai đoạn trước cấp tính dẫn đến thời gian sống của bệnh nhân ngắn hơn. Do đó, FAT1 có thể hoạt động như một chất ức chế khối u và một protein gây ung thư [26].
Tuy nhiên, sự liên quan của Fat1 trong sự phát triển và tiến triển của ung thư biểu mô vẫn chưa được hiểu rõ, cần có những nghiên cứu sâu hơn để làm rõ vai trò của FAT1.
Mất dị hợp tử trên gen FAT1 có thể gây ung thư biểu mô miệng nguyên phát và u tế bào hình sao. Cả hai dịng thác tín hiệu Fat-Hippo và Fat-PCP trước đây cũng được chứng minh là dẫn đến dị tật, hình thành khối u và di căn ung thư. Cũng có báo cáo về sự biểu hiện quá mức của FAT1 trong các bệnh ung thư khác nhau như ung thư vú, u ác tính và bệnh bạch cầu [26].
Kết luận
Tác động của FAT1 đối với sự tăng sinh, phân cực, di chuyển và xâm nhập của các tế bào thông qua các con đường tín hiệu nhờ tương tác protein của nó. FAT1 cadherin ảnh hưởng đến một loạt các con đường tín hiệu Wnt, Hippo và MAPK / ERK,…cung cấp các con đường mới để nghiên cứu vai trò của FAT1 trong sự phát triển sinh lý và bệnh sinh. Trong bệnh ung thư, FAT1 dường như hoạt động như một phân tử gây ung thư hoặc ức chế khối u tùy thuộc vào loại khối u. Tuy nhiên, do kích thước lớn của cadherin FAT1, có nhiều hạn chế trong thao tác phân tử. Do đó, sự hiểu biết về FAT1 vẫn chưa đầy đủ, cần có thêm nghiên cứu về sự biểu hiện và vai trò của FAT1 trong các loại khối u khác nhau và các nghiên cứu về mối liên quan giữa FAT1 và các con đường tín hiệu vẫn cịn có giới hạn.
2.5.3. Gen FAT2
FAT2 ở người lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1998 được tìm thấy tại ranh giới giữa các tế bào hoặc vùng ngoại vi của tế bào sừng bằng cách sàng lọc mơ-típ các phân tử lớn có chứa mơ-típ EGF. Fat2 có liên quan chặt chẽ với Fat1 và được ánh xạ đến một vùng trên nhiễm sắc thể 5q33.1 của con người. Gen mã hóa phiên mã