Loại Nam Nữ Cực khỏe ≤ 6,2 ≤ 7,6 Rất khỏe 6,2-13,4 7,6 – 14,8 Khỏe 13,4 - 20,5 14,8 – 21,9 Trung bình 20,5 - 27,7 21,9 – 29,1 Yếu 27,7 – 34,9 29,1 – 36,3 Rất yếu 34,9 – 42,1 36,3 – 43,4 Cực yếu ≥ 42,1 ≥ 43,4
- Khối mỡ cơ thể (FBM) và khối nạc cơ thể (LBM) theo công thức của Nguyễn Quang Quyền và Lê Gia Vinh:
FBM = 6,16 x Cao đứng x Vòng bụng2 + 1,02 (đối với nam) FBM = 8,29 x Cao đứng x Vòng bụng2 + 3,86 (đối với nữ) LBM = Cân nặng – FBM
Tỷ lệ % mỡ cơ thể = 100 x FBM / Cân nặng
1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐA HÌNH GEN TY THỂ
1.2.1. Nghiên cứu về quan hệ di truyền người trên thế giới
Nghiên cứu về quan hệ di truyền người nhằm hiểu rõ hơn về lịch sử tiến hóa của lồi người và mối quan hệ giữa các quần thể người khác nhau. Trước đây, các phương pháp nghiên cứu dựa trên hình thái, chủ yếu dựa trên các đặc điểm giải phẫu (tầm vóc, màu da, màu mắt, kích thước, hình dạng của xương…), được sử dụng chủ yếu trong các nghiên cứu về quan hệ di truyền và tiến hóa [50]. Nhược điểm của phương pháp này là khơng phát hiện được những khác biệt và biến đổi bên trong hệ gen như sự đa hình và đột biến.
Phương pháp phả hệ cho phép theo dõi, phân tích sự xuất hiện một tính
trạng nào đó và sự di truyền của nó qua các thế hệ; đồng thời xác định tính trạng trội hay lặn, do một hay nhiều gen chi phối, di truyền có liên kết với giới tính hay khơng… Phương pháp này có thể xác định được đặc điểm di truyền của một loạt tính trạng do gen gây bệnh tạo nên như bệnh máu khó đơng, mù màu hồng lục, suy liệt thần kinh thị giác…[51]
Phương pháp di truyền tế bào rất hiệu quả trong nghiên cứu di truyền
học người và trong y học để chẩn đoán các bệnh di truyền, trên cơ sở phân tích tế bào học bộ nhiễm sắc thể kết hợp với phân tích phả hệ để làm rõ hình ảnh tế bào liên quan đến kiểu hình. Những năm gần đây, phương pháp nhuộm phân hóa nhiễm sắc thể đã cho phép so sánh, phân tích chi tiết các sai khác giữa các nhiễm sắc thể qua các băng nhuộm đặc trưng hiện trên nhiễm sắc thể. Phương pháp này góp phần nghiên cứu hình thái nhiễm sắc thể, kiểu nhân
của các quần thể người, qua đó tìm hiểu các biến đổi chủng loại phát sinh; phát hiện các sai lệch nhiễm sắc thể liên quan đến các biểu hiện lâm sàng, đột biến cấu trúc, đột biến số lượng nhiễm sắc thể dẫn đến những biểu hiện kiểu hình khác thường…[51]
Mặc dù có nhiều ưu điểm song các phương pháp trên vẫn còn nhiều hạn chế do các đặc điểm về hình thái khơng thể hiện được ở mức độ các gen rất phức tạp và mối tương tác điều hòa giữa các gen. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của sinh học phân tử, các kỹ thuật DNA ngày càng được sử dụng nhiều hơn và đã khắc phục được những hạn chế của các phương pháp trước đây. Các phương pháp sử dụng enzyme cắt giới hạn, kỹ thuật DNA tái tổ hợp, giải trình tự DNA đặc trưng của từng cá thể, so sánh các phản ứng miễn dịch của protein… đã giúp phát hiện sự đa dạng di truyền phân tử trong một hệ gen và so sánh những thay đổi trong hệ gen giữa cá thể này với cá thể khác, giữa loài này với lồi khác [51].
Sự tồn tại của các đa hình di truyền phân tử trong các quần thể người lần đầu tiên được nhà khoa học Hirszfeld (1919) chứng minh trong một nghiên cứu kinh điển đầu tiên về gen người, đó là kháng nguyên nhóm máu ABO. Sau đó người ta đã tìm ra các chỉ thị protein nhóm máu (Blood group protein markers) ví dụ như MNS và Rh. Chúng được dùng làm các chỉ thị đa hình (polymorphic markers) và được phân tích bằng các kháng thể. Fisher cũng đã chỉ ra rằng q trình tiến hóa có thể được tái xây dựng lại dựa trên việc phân tích các kiểu gen đa locus (Multilocus genotypes) trên một nhiễm sắc thể ở các quần thể và sự di truyền của chúng trong các phả hệ [52],[53].
Vào năm 1980, một phương pháp mới nghiên cứu về đa hình DNA ra đời. Phương pháp này xác định các đột biến ở các vị trí giới hạn bằng cách sử dụng các đồng vị phóng xạ và từ đó cũng tạo ra một số chỉ thị mới. Nhưng chỉ đến năm 1986, khi kỹ thuật PCR được phát triển thì nghiên cứu về đa hình DNA mới trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn. Sau đó vào những năm đầu của
thập niên 90, sự phát triển của kỹ thuật đọc trình tự DNA bằng máy tự động đã mở ra nhiều ứng dụng trong nghiên cứu hệ thống học về đa hình bộ gen người. Hiện nay, các số liệu thu được từ các chỉ thị protein (còn được gọi là các chỉ thị “cổ điển”) vẫn nhiều hơn so với các số liệu thu được từ DNA mặc dù điều này đang thay đổi nhanh chóng. Tuy nhiên, một điều thú vị là các kết quả thu được từ các nghiên cứu về đa hình cổ điển trước đây hồn tồn giống với các kết quả khi sử dụng các chỉ thị DNA. Các ứng dụng chỉ thị di truyền này bao gồm RFLP, STRs, VNTRs (hay minisatellite), DNA ty thể, nhiễm sắc thể Y, microsatellite, SNPs… Các chỉ thị này đều mang tính bảo thủ cao, được di truyền qua các thế hệ và mang tính đặc trưng cho từng cá thể. Ngồi ra, người ta cũng tiến hành nghiên cứu các alen trên các locus gen. Trong quá trình hình thành và phát triển cá thể có các đột biến trình tự nucleotide trên
sợi kép DNA, do vậy đối với mỗi locus gen người ta đã ghi nhận được rất nhiều alen (ví dụ locus D1S80 có 28 alen ký hiệu từ 14 đến 41). Chính sự khác nhau trong trình tự nucleotide của các alen trong cùng locus của các phân tử DNA là cơ sở cho nghiên cứu quan hệ di truyền của người [52].
Những thành tựu về công nghệ di truyền phân tử trong thập kỉ qua đã mở ra một kỷ nguyên mới cho các nghiên cứu về tiến hóa, đặc biệt là về tiến hóa của lồi người. Số liệu về sự đa hình DNA trong các quần thể người ngày càng nhiều và đầy đủ hơn. Khẳng định tầm quan trọng của các đa hình này trong lĩnh vực y dược học, sinh học, cũng như trong nghiên cứu về lịch sử phát triển của con người. Các chỉ thị phân tử đơn bội (Haploid markers) như DNA ty thể và nhiễm sắc thể Y được coi là các công cụ hữu hiệu trong các nghiên cứu về tiến hóa và mối quan hệ giữa các quần thể người.
1.2.2. DNA ty thể trong nghiên cứu quan hệ di truyền người
Ty thể là bào quan nằm trong tế bào chất của tế bào. Chức năng chủ yếu của ty thể là tạo ra ATP - năng lượng thiết yếu cho các hoạt động của tế
bào. Do đó, phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng, mỗi tế bào có từ hàng trăm đến hàng ngàn ty thể tùy thuộc vào từng loại tế bào và từng loại mơ. Ty thể có cấu trúc màng kép, bao gồm lớp màng ngồi có tính thấm cao với các kênh vận chuyển (porin) nằm xung quanh khoảng không gian giữa 2 lớp màng và lớp màng bên trong khơng có tính thấm. Màng trong của ty thể tạo thành các mào (cristae) và chứa các chuỗi vận chuyển điện tử của ty thể. Phần chất nền bên trong chứa các phân tử ribosome và ADN của ty thể [54].
Hình 1.1. Cấu tạo ty thể người
Nguồn: Wang H. và cộng sự (2021) [54]
Hệ gen ty thể người là phân tử mạch kép, vịng và khơng liên kết với protein histon. Mỗi ty thể có từ 2 đến 10 bản sao DNA và tính trên một tế bào con số ấy lên tới hàng trăm, hàng nghìn [55]. Kích thước của chúng là 16569 bp, tuy nhiên có thể sai khác đơi chút do có những đoạn chèn vào, hoặc do mất đoạn, hoặc có những trình tự lặp lại nối tiếp. Người ta đã đưa ra nhiều giả thuyết về nguồn gốc tiến hoá của hệ gen ty thể. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất là hệ gen ty thể là dấu vết còn lại của hệ gen vi khuẩn cổ, sống cộng sinh bên trong tế bào sinh vật nhân chuẩn [56].
Cấu trúc phân tử DNA ty thể người gồm có hai chuỗi: chuỗi nặng giàu
Guanine và chuỗi nhẹ giàu Cytosine, có 37 gen mã hóa cho 2 rRNA (12S và
16S), 22 tRNA và 13 protein. 13 chuỗi polypeptide được mã hóa bởi DNA ty thể là thành phần của phức hệ hô hấp của ty thể, trong đó có 7 tiểu phần (ND1, 2, 3, 4L, 4, 5, 6) trong số 46 chuỗi polypepetide của phức hệ I (NADH dehydrogenase), 1 tiểu phần (cytochrome b, Cytb) trong số 11 chuỗi
polypeptide của phức hệ III (Phức hệ bc1), 3 tiểu phần (CO I, II, III) trong số 13 polypeptide của phức hệ IV (cytochrome c oxidase) và 2 tiểu phần (ATPase 6 & 8) trong số 16 protein của phức hệ V (ATP synthase) [57]. Các protein khác của ty thể bao gồm tất cả 4 tiểu đơn vị của phức hệ II (succinate
dehydrogenase), tiểu đơn vị DNA polymerase của ty thể, các thành phần của
RNA polymerase của ty thể, yếu tố phiên mã của ty thể (mtTFA), các protein ribosome của ty thể, các yếu tố kéo dài chuỗi và các enzyme trao đổi chất của ty thể đều được mã hóa bởi DNA nhân [58].
Hình 1.2. Cấu trúc phân tử DNA ty thể người
* Đặc điểm di truyền và ứng dụng của DNA ty thể trong nghiên cứu quan hệ di truyền người
Nghiên cứu di truyền quần thể và tiến hóa ở các sinh vật nói chung và ở người nói riêng ln cần những cơng cụ mạnh, cho kết quả nhanh và chính xác. Từ những nghiên cứu đầu tiên sử dụng các chỉ thị nhóm máu ABO, rồi đến các chỉ thị là những gen trong nhân, đặc biệt là các gen liên quan đến miễn dịch như hệ thống gen HLA đã cho một số kết quả nhất định trong các nghiên cứu về đa dạng di truyền [60]. Tuy nhiên, việc sử dụng các gen trong nhân làm đối tượng nghiên cứu lại có một số nhược điểm. Gen nhân có tần số đột biến thấp, mặt khác chúng lại được di truyền từ cả bố và mẹ và bị phân ly qua mỗi thế hệ nên việc dị tìm tổ tiên và mối quan hệ di truyền của đoạn DNA nào đó trở nên rất khó khăn. Bởi vậy DNA ty thể với lợi thế tần số đột biến cao sẽ là công cụ hữu hiệu trong các nghiên cứu về di truyền quần thể [61].
Sự di truyền của DNA ty thể là sự di truyền tế bào chất. Đối với các gen nằm trong nhân của tế bào sinh vật nhân chuẩn, chúng tuân theo các quy luật vận động của nhiễm sắc thể trong các cơ chế phân bào. Nhưng hệ gen ty thể lại khơng tn theo những quy luật đó mà các tính trạng do chúng xác định có những kiểu di truyền riêng đặc trưng cho chúng và chính những đặc điểm di truyền này đã trở thành thế mạnh khiến DNA ty thể nhanh chóng trở thành đối tượng được nghiên cứu rộng rãi.
- Số lượng lớn: Hệ gen ty thể có rất nhiều bản sao trong một tế bào. Nếu như mỗi gen hay đoạn DNA trong nhân chỉ có 2 bản sao ở 2 nhiễm sắc thể tương đồng thì với hệ gen ty thể con số đó là hàng trăm tới hàng nghìn bản sao. Đặc điểm này cùng với việc DNA ty thể tồn tại ở dạng vòng và nằm trong tế bào chất nên việc tách chiết, thu nhận DNA ty thể dễ dàng hơn. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong trường hợp phân tích những mẫu sinh phẩm cịn sót lại sau hàng chục hay hàng trăm năm. DNA nhân do có cấu trúc mạch thẳng nên khơng bền, dễ bị phân huỷ, làm cho việc phân tích gặp nhiều khó
khăn. Trong khi đó, DNA ty thể mạch vịng, có kích thước nhỏ nên bền theo thời gian trong các mơ khó phân huỷ như mơ xương, răng và tóc.
- Di truyền theo dịng mẹ: ở động vật có vú, DNA ty thể được di truyền theo dòng mẹ [62]. Số lượng DNA ty thể ở noãn bào khoảng hơn 100.000 phân tử trong khi tinh trùng chỉ có từ 100 đến 1500 phân tử. Trong q trình tạo thành hợp tử, tế bào tinh trùng chỉ đóng góp hệ gen nhân của chúng cho tế bào trứng chứ khơng đóng góp hệ gen ty thể. Ty thể của tinh trùng bị loại bỏ ngay khi vào trứng có thể do q trình phân hủy protein phụ thuộc ubiquitin [63]. Do vậy, các cá thể cùng mẹ hoặc liên quan theo dòng mẹ chứa các bản sao DNA ty thể gần như giống nhau. Đặc tính này giúp cho việc tìm kiếm các dịng giống có quan hệ với nhau theo thời gian và tìm kiếm tổ tiên chung của một quần thể. Tuy nhiên, đôi khi cơ chế loại bỏ DNA ty thể của tinh trùng có thể bị hỏng, dẫn đến hiện tượng tế bào chất của hợp tử chứa nhiều loại DNA ty thể. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng “dị tế bào chất” (heteroplasmy). - Đơn bội, khơng có sự tái tổ hợp, mặc dù enzyme tái tổ hợp ở ty thể có thể có chức năng. Nhìn chung hiện tượng tái tổ hợp là rất hiếm gặp và khơng đáng kể. Và do đó nếu khơng có mặt của các phân tử DNA dị tế bào chất thì các phân tử DNA ty thể của hợp tử không khác so với phân tử DNA ty thể ban đầu [64].
- Tốc độ đột biến lớn: Tốc độ đột biến thay thế trong hệ gen ty thể gấp khoảng 10 - 100 lần tốc độ đột biến trung bình của DNA nhân [65], [66]. Tốc độ đột biến của vùng điều khiển cao hơn vùng mã hóa, đặc biệt cao nhất ở 2 vùng siêu biến HV1 và HV2 [67]. Tốc độ đột biến này có thể là do trong q trình sao chép mắc nhiều lỗi và ty thể thiếu cơ chế để sửa chữa các sai hỏng như ở gen nhân [68]. Mặt khác, ty thể là nơi ln diễn ra các q trình oxy hóa và do đó, sản sinh ra các chất oxy hóa mạnh như các gốc tự do. Các chất này sẽ tác động đến hệ gen của ty thể và phát sinh ra các đột biến. Do các đột biến là ngẫu nhiên nên bất kỳ bazơ nào trong hệ gen ty thể, cả ở vùng mã hóa
và khơng mã hóa, đều có thể bị thay đổi. Hơn nữa do các tế bào đều có hàng trăm đến hàng nghìn DNA ty thể nên các đột biến DNA ty thể có hại có thể xảy ra ở tất cả các mô, sinh dưỡng và sinh dục. Các đột biến bắt nguồn ở các mô sinh dưỡng (somatic tissue) làm giảm việc sản xuất năng lượng cho tế bào và những người bị các đột biến này thường sẽ chết. Còn các đột biến bắt nguồn từ tế bào sinh dục của mẹ và được truyền cho thế hệ sau thì được xem là các đa hình DNA ty thể [50].
Nhờ đặc tính chọn lọc vơ tính hoặc gần như vơ tính nên các dạng DNA ty thể khác nhau khơng bị loại bỏ trong q trình chọn lọc và do đó chúng trở nên phổ biến do sự trơi dạt di truyền. Do DNA ty thể được di truyền theo mẫu hệ nên nó tích luỹ các đột biến và phát tán theo các dịng phả hệ mẫu hệ. Chính điều này đã tạo nên tính đa hình của DNA ty thể, đặc trưng theo quần thể, tạo nên các nhóm kiểu đơn của DNA ty thể có quan hệ với nhau, hay cịn gọi là nhóm đơn bội (Haplogroup).
Từ các nghiên cứu đầu tiên về đa hình DNA ty thể người sử dụng kỹ thuật RFLP và trình tự đoạn siêu biến trên vùng điều khiển D-loop của DNA ty thể, người ta thấy rằng các loại DNA ty thể khác nhau có thể xếp vào các nhóm đơn bội khác nhau dựa trên sự có mặt và vắng mặt các băng khi cắt DNA ty thể bằng một enzyme giới hạn nào đó và dựa trên trình tự đặc trưng của vùng điều khiển. Theo đó mỗi nhóm đơn bội có một bộ các đa hình
nucleotide đơn (Single Nucleotide Polymorphisms – SNPs) đặc trưng và
thường đi kèm với nhóm đơn bội đó. Việc phân loại và sắp xếp các nhóm đơn