CHƯƠNG 2. ĐỘT BIẾN GEN MÃ HÓA CYP2D6
2.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘT BIẾN GEN
2.1.2. Nguyên nhân đột biến
Có hai loại đột biến là đột biến tự nhiên ( xảy ra một cách tự phát )và đột biến cảm ứng( gây ra bởi các tác nhân đột biến)
a. Đột biến tự nhiên
Xảy ra trong tự nhiên một cách ngẫu nhiên với tần số nhất định và không xác định được nguồn gốc. Bất kì một tiến trình nào dẫn đến sự gắn sai base trong quá trình sao chép ADN sẽ tạo ra một đột biến điểm. Tấn suất sai sót tự nhiên vào khoảng 10-10 base. Tỷ lệ thấp này đạt được nhờ khả năng sửa lỗi của các ADN polymerase chủ yếu. Các enzym này kéo dài ADN theo hướng 5’ → 3’ nhưng có hoạt tính exonuclear 3’ → 5’ . Nếu lỗi nằm giữa base được chèn cuối cùng với sợi khuôn được phát hiện, enzym loại bỏ base sai và thay thế base đúng vào . Chuỗi mã của một protein trung bình 300 acid amin là khoảng 1000 base chiều dài. Tỷ lệ đột
biến tự phát là một trong 107 bản mã sao của gen sẽ có một đột biến điểm, nghĩa là 10-7 tế bào sẽ có đột biến về gen đó.
Đột biến tự nhiên ở mức phân tử gồm có hỗn biến, khử amin, chuyển vị, đảo chuyển, đột biến lệch khung, oxy hóa phá hủy.
Hỗn biến: 4 loại base trong ADN có thể tồn tại ở dạng hỗn biến, tức là có
khả năng tồn tại hoán chuyển giữa hai dạng ( Keto ⇌ Enol và Amino ⇌ Imino).
Base pyrimidin bình thường có dạng keto (C = O) , nhưng đôi khi chúng cũng có dạng enol (C – OH). Ở dạng enol, thymin có thể bắt cặp với guanin và enol cytosin có khả năng bắt cặp với adenin, tương tự base purin bình thường tồn tại dưới dạng amino (NH2) nhưng cũng có dạng hỗn biến imino (=NH) hiếm gặp, có thể dẫn đến sự bắt cặp nhầm. Nếu trong khi ADN sao chép, G ở dạng enol, polymerase sẽ thêm T vào thay vì bình thường là C vì qui luật bắt cặp bị thay đổi ( không phải do lỗi của polymerase). Kết quả là sự chuyển vị G – C thành A – T; sự hỗn biến chỉ gây các đột biến chuyển vị.
Khử amin: Các phản ứng khử amin thông thường là phản ứng thủy phân cytosin thành uracil, quá trình này phóng thích ammonia và khử amin 5- methylcytosin thành thymin và ammonia. Trong ADN, sự khử amin cytosin tự phát được chỉnh lại bằng cách loại bỏ uracil (vì uracil không có trong ADN) và thay thế bằng cytosin, còn sự khử amin 5- methylcytosin không được chỉnh vì cơ chế sửa chữa không nhận thymin là lỗi. Trong ADN bộ gen cytosin tại các trình tự CG ( CpG) thường bị methyl hóa, điều này là ở đâu CpG xảy ra trong gen, nó là “điểm nóng” cho đột biến. Mới đây người ta tìm thấy gen liên quan đến loạn sản sụn có những điểm nóng như vậy.
Đột biến lệch khung (chèn hoặc mất trên một sợi), thường là lỗi của polymerase khi sao chép các đoạn lặp lại của một nucleotid. Mỗi polymerse có độ
chính xác khác nhau. Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của polymerse là có hoạt tính exonuclease đọc sửa 3’ – 5’, làm loại bỏ các base bắt cặp không đúng chèn vào bởi polymerase.
Oxy hóa phá hủy do các gốc oxy. Các gốc oxy tăng trong tế bào do chuyển hóa oxy hóa (và cũng được tạo bởi các tác nhân vật lý như tia phóng xạ ). Sản phầm oxy hóa quan trọng là 8 – hydroxy guanin bắt cặp sai với A, tạo đảo chuyển G – C thành T – A.
b. Đột biến cảm ứng
Các tác nhân là tăng tần số đột biến cao hơn mức tự nhiên được gọi là tác nhân gây đột biến. Các tác nhân này có thể làm thay đổi trình tự ADN. Các tác nhân đột biến cảm ứng được chia thành các tác nhân hóa học và các tác nhân vật lý [2].
Tác nhân hóa học gây đột biến:
Có thể được chia ra làm 4 nhóm:
Nhóm base đồng đẳng
- Bromouracil (BU) là hợp chất nhân tạo dùng rộng rãi trong nghiên cứu . Giống với thymin ( có nguyên tử Br thay cho nhóm methyl) và sẽ gắn vào ADN và bắt cặp với adenin giống như thymin. Có nhiều khả năng hỗ biến thành dạng enol(
BU∗)và có khả năng bắt cặp với guanin. Như vậy, BU có thể xâm nhập và bắt cặp
bổ sung với adenin và thay cho thymin tạo A – BU và ở vòng sao chép tiếp theo BU
hỗn biến thành BU∗ và bắt cặp với guanin tạo BU∗ - G, do đó A –T được thay thế
thành G – C. Trong khi đó BU∗ lại có thể xâm nhập sai, khi gắn thay chỗ cho
Cytosin tạo G - BU∗, sau đó BU∗ lại hỗn biến thành BU và tiếp theo bắt cặp với
adenin tạo A – BU và ở vòng sao chép tiếp theo adenin bắt cặp với thymin thành A – T.
- Aminopurin là đồng đẳng của adenin, có thể bắt cặp với thymin hoặc với cytosin, gây chuyển vị A – T thành G – C hoặc G – C thành A – T. Các đồng đẳng base gây chuyển vị như gây hỗn biến tự phát.
Các chất hóa học thay đổi cấu trúc và đặc tính bắt cặp của các base, gồm:
Các chất khử amin và các chất alkyl hóa.
- Các chất khử amin. Ví dụ điển hình : các acid nitrơ tạo bởi sự phân giải các nitrit (chất bảo quản) trong thực phẩm làm cytosin thành uracil, methylcytosin thành thymin, và adenin thành hypoxanthin khử amin, hypoxanthin trong ADN bắt cặp với C gây chuyển vị. Methylcytosin có mặt trong các gen của vi sinh vật bậc cao có thể ảnh hưởng đến hoạt tính phiên mã. Các base ngoại như xanthin, hypoxanthin và uracil có thể khởi động cơ chế sửa chữa. Thymin, dẫn xuất từ methylcytocin nội sinh và nhiều sự chuyển vị có thể xảy ra theo cách này. Các gốc 5 – methylcytosin, sau đó trở thành “điểm nóng” của sự đột biến. Hydroxylamin (NH2OH) chỉ khử amin của cytosin, do đó tác động rất giới hạn:
Cytosin NH2OH 4-N- Hydroxycytosin, bắt cặp với adenin
- Chất alkyl hóa. Ví dụ điển hình: Nitrosoguanin (NTG), methyl methan sulfonat (MMS), ethyl methan sulfonat (EMS ) là các tác nhân hóa học gây đột biến
phản ứng với các base và thêm nhóm ethyl hoặc methyl gọi là các tác nhân alkyl hóa . Tùy yếu tố bị tác động, chúng có thể gây đột biến ít nhất bằng 3 cách:
Thêm nhóm methyl (-CH3) hay ethyl (-C2H5) vào guanin tạo base đồng đẳng của adenin dẫn tới sự bắt cặp bổ sung sai.
Mất purin do guanin đã bị alkyl hóa tạo lỗ hổng trên ADN , khi sao chép có thể làm đứt mạch.
Liên kết chéo giữa các mạch của một hoặc các phân tử ADN khác nhau làm mất nucleotid.
Nhóm chèn vào ADN (tác nhân làm lệch khung) .
Nhóm này gồm các chất proflavin, cam Acridin, ethidiumbromide dùng trong phòng thí nghiệm làm chất nhuộm. Tất cả đều là các phân tử đa vòng phẳng tương tác với các base của ADN và chèn vào giữa chúng. Sự chèn này làm” dãn “ sợi đôi ADN và ADN polymerase bị “đánh lừa” chèn base vào đối diện nhiều hơn bình thường, làm lệch khung ADN tạo thành.
Các tác nhân thay đổi cấu trúc ADN Các tác nhân này có thể là:
- Các phân tử lớn (kềnh càng) gắn vào base trong ADN và làm chúng trở thành không mã hóa. Ví dụ, N-acetoxy-2-acetylaminofluorene( NAAAF).
- Các tác nhân gây liên kết chéo trong và giữa các sợi. Ví dụ các psoralen có trong một số rau và dùng trong điều trị một số bệnh về da.
- Các chất hóa học gây đứt ADN ví dụ như các peroxid.
- Các hydrocarbon đa vòng. Ví dụ các benzypyrene có trong xăng.
Tác nhân vật lý gây đột biến
Các bức xạ có bước sóng khác nhau như là tia X, tia gamma, hạt phóng xạ α, β gây ra đột biến khác nhau. Nhưng ảnh hưởng của chúng lên ADN thông qua các gốc tự do và tác động trực tiếp:
Đứt một hoặc cả hai sợi.
Phá hủy các base.
Liên kết chéo trong ADN.