Đại Học Y Dược Tp. Hồ Chí Minh TBL Sản Bộ môn Phụ Sản Phụ Khoa Tháng 09/2018
Chương 0 Đại Cương
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền Âu Nhựt Luân Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong, sinh viên có khả năng: 1. Trình bày được các khái niệm liên quan đến bộ gene và biểu hiện gene. 2. Trình bày được các khái niệm liên quan đến cơ chế kiểm soát thượng di truyền. Trình tự các nucleotide trên chuỗi DNA rất nghiêm ngặt, DEOXYRIBONUCLEIC ACID (DNA) là mật mã của toàn bộ đặc điểm di truyền của cơ thể sống. Nucleotide là đơn vị cấu trúc cơ bản của phân tử DNA. Một số đoạn của DNA mang mã dành cho sinh tổng hợp protein. Tại các đoạn DNA này, mật mã di truyền được lưu DNA là phân tử lưu giữ mật mã di truyền của cơ thể sống. trữ theo từng codon. Mỗi codon gồm 3 nucleotide liên tiếp DNA là một polymer, với đơn vị là nucleotide. nhau. Không có khoảng cách giữa các codon. Các codon không chồng lấn lên nhau. Mỗi codon mã hóa một amino Cấu tạo của mỗi nucleotide gồm một phân tử đường acid. Một chuỗi xác định các codon trên DNA mã hóa một deoxyribose, một gốc phosphate và một base ni-tơ. trình tự xác định của amino acid trong protein tương ứng. Trong phân tử DNA, base ni-tơ có thể là một purines Do có 4 base ni-tơ, và do một codon tạo bởi 3 base ni-tơ, (vòng kép) hay là một pirimidines (vòng đơn). Có hai loại nên ta có tất cả 64 kiểu trình tự nucleotide của một codon. purines: Adenine (A) và Guanine (G). Có hai loại pirimidines: Thymine (T) và Cytosine (C). Các nucleotide 3 kiểu codon được dùng như là mã kết thúc. 61 kiểu codon được gọi tên theo loại base ni-tơ của nó. còn lại dùng để mã hóa 20 amino acid. Các đoạn DNA mã hóa protein được đánh dấu bằng các đoạn mã khởi đầu1, các đoạn mã ngăn cách2, và mã kết thúc. Các đoạn này có trình tự nucleotide đặc biệt, và thường có tính lặp lại. Trên DNA còn có các đoạn không mã hóa protein. Các đoạn DNA không mã hóa protein này đảm nhận các chức năng kiểm soát các tiến trình tế bào. Rất nhiều vùng trên DNA không lưu giữ mật mã qui định Hình 1: Cấu tạo của một nucleotide và các base ni-tơ trình tự amino acid của protein, được gọi là các đoạn DNA Mỗi nucleotide gồm một deoxyribose, gắn với một gốc phosphate ở vị trí không mã hóa protein. 5’, và với một base ni-tơ. Bên phải của hình là cấu tạo các base ni-tơ. Các đoạn DNA không mã hóa protein này đảm nhận vai Nguồn: glossary.periodni.com trò làm mã nguồn cho việc phiên mã tổng hợp rất nhiều loại RNA với chức năng khác nhau trong kiểm soát hoạt Chuỗi đơn DNA là một khung phosphate-đường. Base ni- động tế bào3. tơ được gắn vào deoxyribose của khung phosphate-đường. Phân tử DNA hoàn chỉnh có cấu tạo chuỗi xoắn kép được Chuỗi đơn polymer DNA được hình thành do liên kết giữa tạo từ hai chuỗi đơn 5’3’ và 3’5’. Hai chuỗi đơn DNA có đường deoxyribose của nucleotide xếp trước và phosphate cấu tạo “soi gương”. của nucleotide xếp sau. Phân chia tế bào để tạo ra tế bào mới là hoạt động cơ bản Liên kết kiểu nối đuôi phosphate-đường tạo ra khung đỡ của sự sống. Trong tế bào mới buộc có đủ tất cả các mật phosphate-đường của chuỗi đơn polymer DNA. Khung mã di truyền của tế bào nguồn. Mật mã di truyền chứa này bắt đầu từ phosphate của nucleotide đầu tiên (qui ước trong DNA phải được sao chép sang tế bào mới. gọi là đầu 5’) và kết thúc ở deoxyribose của nucleotide Cơ chế của sao chép dựa trên nguyên lý là mỗi purines chỉ cuối cùng (qui ước gọi là đầu 3’). bắt cặp với một pirimidines cố định, bằng liên kết hydro, Base ni-tơ được gắn vào deoxyribose của khung phosphate-đường. 1 Các promoter, enhancer, hộp TATA, hộp CCAAT, điểm khởi đầu chuyển mã, đoạn 5’ UTR, codon khởi đầu AUG. Sẽ được trình bày chi DNA mã hóa các protein. Trình tự nucleotide trên DNA tiết ở phần sau. qui định trình tự amino acid của protein mà DNA này chi 2 Các đoạn DNA với trình tự nucleotide lặp lại (intron) phân cách các phối. Mã di truyền cho sinh tổng hợp protein được lưu trữ đoạn DNA mã hóa protein. Sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau. theo từng codon 3 nucleotide. 3 Có rất nhiều ncRNA: Xist, miRNA, tRNA… Sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau. 3
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền tạo thành hai cặp cố định là A-T (hoặc T-A) và G-C (hoặc phức tạp hơn, do DNA polymerase không trực tiếp đọc C-G). Giữa adenine và thymine là 2 liên kết hydro. Giữa được chuỗi 3’5’. cytosine và guanine là 3 liên kết hydro. DNA mới được tạo bằng 2 chuỗi soi gương 5’3’ và 3’5’. Các liên kết hydro giữa A với T và giữa C với G gắn hai Các cầu liên kết hydro giữa các base ni-tơ trong một cặp sẽ chuỗi đơn DNA với nhau để tạo ra chuỗi xoắn kép DNA. gắn hai chuỗi đơn DNA mới tổng hợp với nhau, tạo ra chuỗi xoắn kép. Trình tự nucleotide trên chuỗi đơn DNA này qui định trình tự nucleotide trên chuỗi đơn DNA còn lại. Nói cách khác, DNA ở dạng chuỗi kép không thể hoạt động. Khi cần đến hai chuỗi đơn DNA là hai chuỗi “soi gương” của nhau. hoạt động của DNA, các cầu hydro giữa hai chuỗi sẽ tách ra ở các vị trí cần thiết, để các chuỗi đơn DNA bắt đầu hoạt động làm khuôn mẫu cho tổng hợp RNA. Trong tế bào, DNA hiện diện trong nhiễm sắc thể ở nhân tế bào và chất nhiễm sắc ty thể. Mật mã di truyền qui định bởi DNA trong nhân tạo ra di truyền nhân. Cá thể thừa hưởng mật mã di truyền nhân từ DNA có nguồn gốc từ cả cha và mẹ. Mật mã di truyền qui định bởi DNA ty thể tạo ra di truyền ty thể, hay là di truyền ngoài nhân. Di truyền ngoài nhân chỉ có nguồn gốc duy nhất từ tế bào chất của noãn bào. Gene là gene là một đoạn của DNA, với một trình tự nucleotide xác định, được xem là đơn vị phân tử của di truyền tính trạng. Tên của gene được qui định viết bằng chữ in nghiêng. Hình 2: Cấu tạo chuỗi xoắn kép của DNA Bên trái của hình là chuỗi xoắn kép DNA. Bên trái của hình trình bày chi Về mặt cấu tạo, gene là một đoạn (locus) của DNA, với tiết cấu tạo của chuỗi xoắn kép. trình tự nucleotide xác định. Cấu tạo gene của mỗi cá thể Liên kết kiểu nối đuôi phosphate-đường tạo ra khung đỡ phosphate- tạo ra kiểu gene (genotype). Gene được sao chép nguyên đường của chuỗi đơn DNA. Base ni-tơ được gắn vào deoxyribose của vẹn trong quá trình truyền từ thế hệ trước sang thế hệ sau. khung này. Chuỗi xoắn kép DNA gồm hai chuỗi: chuỗi 5’3’ (chuỗi ở bên trái của hình vẽ) và chuỗi 3’5’ (chuỗi ở bên phải của hình vẽ). Tiến trình sao chép khi truyền sang thế hệ sau có thể bị Trình tự base ni-tơ của chuỗi 3’5’ phản ánh trình tự base ni-tơ của chuỗi lệch lạc, làm trình tự nucleotide bị thay đổi. Biến đổi này 5’3’, base A chỉ bắt cặp với base T và base C chỉ bắt cặp với base G. được gọi là đột biến gene (gene mutation). Đột biến gene Nguồn: National Human Genome Research Institute (NHGRI) tạo ra tính đa hình gene (polymorphism). Dù chỉ cần một chuỗi DNA là đủ để lưu giữ mật mã di Kiểu hình lệ thuộc vào kiểu gene và chịu sự kiểm soát của truyền, nhưng việc chỉ có một chuỗi DNA duy nhất sẽ gây các biến đổi thượng di truyền. khó khăn cho sao chép mật mã di truyền được lưu giữ. Gene qui định tính trạng. Khi tính trạng qui định bởi gene Tiến trình tổng hợp chuỗi DNA từ bản gốc 5’3’ không tạo được biểu hiện ra ngoài, ta có kiểu hình (phenotype). ra được chuỗi 5’3’, mà chỉ tạo ra được bản “soi gương” của nó là chuỗi 3’5’. Mật mã lưu giữ trên chuỗi 3’5’ mới Tuy nhiên, kiểu hình không chỉ lệ thuộc vào trình tự tạo ra là mật mã ngược với mật mã trên chuỗi 5’3’. nucleotide của gene. Rất nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình biểu hiện của gene (gene expression). Tương tự, tiến trình tổng hợp chuỗi DNA từ bản gốc 3’5’ không tạo ra được chuỗi 3’5’, mà chỉ tạo ra được bản “soi Các yếu tố bên ngoài có khả năng chi phối tiến trình tắt- gương” của nó là chuỗi 5’3’. Mật mã lưu giữ trên chuỗi mở của các gene, quyết định các gene này có được biểu 5’3’ là mật mã ngược với mật mã trên 3’5’. hiện hay không. Chúng được gọi là các yếu tố thượng di truyền. Cấu trúc chuỗi kép của DNA giải quyết hoàn hảo vấn đề “soi gương” này. Các gene có thể được điều hòa lên (up-regulated) hay điều hòa xuống (down-regulated). Gene được mở bằng tiến Khi tế bào nhân đôi, 2 chuỗi của DNA gốc sẽ tách ra. trình kiểm soát thượng di truyền gọi là gene được điều hòa Chuỗi 5’3’ gốc được dùng làm bản gốc cho chuỗi 3’5’ lên. Gene bị đóng bằng tiến trình kiểm soát thượng di mới, tạo ra chuỗi kép DNA mới thứ nhất giống hệt DNA truyền gọi là gene được điều hòa xuống. cũ, mang chuỗi đơn 5’3’ gốc. Sao chép trên bản gốc 5’3’ cần đến enzyme DNA polymerase. DNA được gắn vào histone, tạo ra các nucleosome. Chuỗi 3’5’ gốc được dùng làm bản gốc cho chuỗi 5’3’ Mỗi tế bào đều mang toàn bộ vốn DNA của cá thể. Tổng mới, tạo ra chuỗi kép DNA mới thứ nhì giống hệt DNA cũ, chiều dài của toàn bộ số DNA trong mỗi tế bào lên đến 1.8 mang chuỗi đơn 3’5’ gốc. Sao chép trên bản gốc 3’5’ cũng mét. Tuy nhiên, mỗi tế bào chỉ khai thác một lượng rất hạn cần đến enzyme DNA polymerase nhưng tiến trình có chế thông tin có trong cơ sở dữ liệu DNA của nó. 4
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền Vì thế, DNA phải được “đóng gói” để được cất giữ một Lệch lạc trong kiểm soát acetyl hóa hay khử acetyl có thể cách “gọn gàng”. Tế bào chỉ truy cập và truy xuất những dẫn đến việc các gene bị điều hòa lên hay xuống một cách thông tin cần thiết cho nó mà thôi. bất thường, dẫn đến các biến đổi thượng di truyền. Để thực hiện được điều này, phải có cơ chế lưu trữ, đồng thời là các cơ chế tắt-mở các cơ sở dữ liệu của DNA. Histone là một protein đảm nhận việc này. Histone là một protein octamere, gồm 8 tiểu đơn vị, có vai trò của một giàn giáo mà trên đó DNA được gắn vào. 146 cặp base ni-tơ sẽ được “quấn” quanh mỗi octamere của histone, tạo ra một nucleosome. Các nucleosome được cách nhau bởi các đoạn DNA nối. Các nucleosome được gắn với nhau, một cách có cấu trúc, để tồn trữ. Trong quá trình phân bào, nhiễm sắc chất co cụm lại và được nhìn thấy ở dạng nhiễm sắc thể. Khi đang ở trạng thái được cất giữ trong các nucleosome, Hình 4: Các đuôi acetyl hóa , methyl hóa, phosphoryl hóa của histone cơ sở dữ liệu cất giữ trong các DNA sẽ ở dạng không sẵn Tác động trên các đuôi này có ý nghĩa quan trọng trong tiến trình biểu sàng để truy cập. Muốn có biểu hiện gene, phải truy cập hiện gene. Các gene có thể bị khóa hay bị mở bất thường khi tiến trình được vào đoạn DNA tương ứng với gene đó. acetyl hóa-khử acetyl bị hỗn loạn, tạo ra các biến đổi thượng di truyền. Nguồn: Mojgan Rastegar. Annals of Anatomy192 (2010) 261–274 Rất nhiều gene được đánh dấu điểm khởi đầu bằng tiền tố (promoter) là hộp TATA và hộp CCAAT. Rất nhiều gene có điểm khởi đầu được đánh dấu bằng hộp TATA. Hộp TATA là một đoạn DNA ngắn, giàu A và T, có độ dài khoảng 25-30 cặp base (bp), có vị trí ở ngay phía trước điểm bắt đầu của gene4. Liền kề với hộp TATA, về phía trước, là hộp CCAAT. Hộp CCAAT cũng là hộp đánh dấu khởi đầu của gene. Hộp CCAAT cũng là một đoạn DNA ngắn, có kích thước ngắn hơn hộp TATA. Đột biến trên hộp TATA và hộp CCAAT có thể gây các bệnh lý di truyền liên quan đến gene mà chúng kiểm soát. Hình 3: DNA được gắn vào histone, tạo ra các nucleosome Đột biến ở các hộp TATA hay CCAAT sẽ ngăn cản việc Mỗi nucleosome gồm một lõi 8 histone (tím) quấn quanh bởi một đoạn chuyển mã RNA của gene đi sau các hộp này, và như vậy, DNA dài 146 cặp base ni-tơ. Histone H1 (vàng) cố định cấu trúc nucleosome, và kết chúng bó chặt với sẽ ảnh hưởng đến tiến trình sinh tổng hợp protein. nhau trong các vùng dị sắc. Một ví dụ về đột biến ở hộp TATA gây mất khả năng tổng Lưu ý đến các đuôi histone. Chúng có vai trò quan trọng trong việc bật tắt các đoạn mã DNA. hợp protein tương ứng là bệnh β-Thalassemia. Nguồn: carolguze.com (trên) slideshare.net (dưới trái) và frontiersin.org (dưới phải) Tuy nhiên, một số gene có điểm khởi đầu không phải là Điều hòa biểu hiện gene được thực hiện thông qua các hộp TATA hay hộp CCAAT. Chúng được khởi đầu bằng biến đổi của histone. các đảo CpG. Bất thường của acetyl hóa hay khử acethyl của histone có Các đảo CpG là nơi mà gene chịu kiểm soát của các yếu tố thể gây ra các thay đổi thượng di truyền. thượng di truyền. Histone đóng vai trò quan trọng trong biểu hiện gene. Khi khảo sát trình tự nucleotide, người ta chú ý đến sự hiện diện cận kề nhau của hai loại nucleotide C và G 5. Histone trong nucleosome có các đuôi thò ra ngoài. Các đuôi histone này là nơi xảy ra các quá trình acetyl hóa hay Điểm khởi đầu của các gene này có một mật độ cao của khử acetyl. dinucleotide 5’-CpG-3’. Vùng hiện diện CpG với mật độ cao gọi là đảo CpG. Tiến trình acetyl hóa hay khử acetyl của histone là một khâu then chốt trong biểu hiện gene. 4 5’ UTR Histone được acetyl hóa là một trong các điều kiện để có 5 Lưu ý không được nhầm lẫn. Thuật ngữ các CpG không đề cập đến cầu biểu hiện gene. Khi histone được acetyl hóa, gene sẽ được liên kết hydro giữa G và C thuộc hai chuỗi đơn DNA. Thuật ngữ này đề mở. Khi histone bị khử acetyl, gene sẽ bị đóng. cập đến 2 nucleotide C và nằm liền kề nhau trên một chuỗi đơn DNA qua cầu phosphate. 5
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền những hoạt động này đều thông qua các dạng RNA khác nhau. Như vậy có rất nhiều loại RNA chức năng. Các RNA cũng được tạo thành từ các nucleotide. Tuy cũng được tạo thành từ các nucleotide, nhưng RNA rất khác DNA. 1. RNA có cấu tạo chuỗi đơn Hình 5: Cấu tạo của một gene. Sự phân bố vị trí của hộp CCAAT và hộp 2. RNA không có các nucleosome TATA so với gene “chính danh”. 3. Thành phần đường trong RNA là ribose Trong gene, đoạn điều khiển xa nhất là các đoạn tăng (enhancer) hay tắt 4. RNA không có Thymine. Thay cho T là Uracil (U). (silencer) gene. Gần hơn (với khoảng cách là -100 bp) là các thành tố gồm đảo CpG, hộp CCAAT. Ngay trước đoạn chứa mã ORF là hộp TATA Các mã di truyền cất giữ trong DNA sẽ được phiên mã (với khoảng cách là -25 bp). sang RNA. Đột biến ở các hộp TATA hay CCAAT sẽ ảnh hưởng đến tiến trình điều hòa (tắt-mở) gene. Tiến trình chuyển mã DNA thành mã RNA (transcript) Nguồn: Bộ môn Phụ Sản, Đại học Y Dược TP.HCM được thực hiện cùng nguyên lý như sao mã DNA, với sự Đảo CpG là đích nhắm của hiện tượng methyl hóa DNA. tham gia của RNA polymerase. Tuy nhiên khi nucleotide trên mã DNA gốc là A, thì nucleotide tương ứng trên RNA Bất thường của methyl hóa hay khử methyl ở đảo CpG có sẽ là U, thay vì T. thể gây ra các biến đổi thượng di truyền. Trên chuỗi đơn DNA, khi base Cytosine chiếm vị trí liền GENOME, CHUYỂN MÃ VÀ DỊCH MÃ kề với base Guanine (CpG), nó có thể bị methyl hóa. Đảo Toàn bộ DNA của một tế bào tạo ra bộ gene (genome). CpG là nơi tập trung với mật độ cao CpG. Vì thế, các đảo CpG là đích nhắm của hiện tượng methyl hóa DNA. Bộ gene gồm rất nhiều gene, được lưu trữ trên DNA. Khi Cytosine bị methyl hóa, gene sẽ bị đóng. Tình trạng Tuy nhiên, không phải bất cứ đoạn DNA nào cũng chứa methyl hóa quá đáng (hypermethylation) xảy ra ở các đảo mật mã di truyền. Trình tự các nucleotide sẽ cho biết đoạn CpG sẽ ngăn cản tiến trình chuyển mã của gene. Các bất DNA nào có chứa mã di truyền. thường của tiến trình methyl hóa-khử methyl của các đảo CpG gây ra các biến đổi trong việc đóng mở các gene, từ Các đoạn DNA với trình tự lặp lại là các đoạn DNA không đó dẫn đến các biến đổi thượng di truyền. mang mật mã di truyền (intron). Không phải tất cả các DNA đều mã hóa protein. Các đoạn DNA với trình tự lặp lại là các đoạn DNA không mang mật mã di truyền (intron). Các intron đảm nhận việc ngăn cách các đoạn DNA có trình tự không lặp lại. Các đoạn DNA mang mật mã di truyền được gọi là exon. Các đoạn DNA mang mật mã di truyền, có trình tự nucleotide không lặp lại, qui định tính trạng, thông qua sinh tổng hợp protein được gọi là exon. Một gene thường Hình 6: Cơ chế kiểm soát thượng di truyền liên quan đến histone và được cấu tạo từ nhiều exon. Các exon thường được ngăn methyl hóa các đảo CpG. cách với nhau bằng các đoạn không mang mật mã di Acetyl hóa các histone là điều kiện quan trọng để các gene được mở. truyền, gọi là intron. Nhưng điều kiện đủ để cho các hiện tượng chuyển mã xảy ra là các đảo CpG phải được khử methyl. Thay đổi methyl hóa sẽ ảnh hưởng đến tiến Gene được cấu tạo từ các intron và exon. trình mở của gene. Nguồn: cellscience website Tuyệt đại đa số các gene ở tế bào có nhân của sinh vật cấp cao đều đều được cấu tạo bằng nhiều exon, ngăn cách RIBONUCLEIC ACID (RNA) nhau bởi các intron. RNA là phân tử thực thi các nhiệm vụ chức năng bao gồm Có hai loại gene khác nhau: một loại mã hóa một protein sinh tổng hợp và điều hòa gene. chức năng, và một loại khác không mã hóa protein. Tuy là nơi lưu trữ mã di truyền, nhưng hoạt động sinh tổng Gene mã hóa protein chức năng sẽ được chuyển mã sang hợp protein không thực hiện trực tiếp trên khuôn mẫu là RNA thông tin (mRNA). Tiến trình này được gọi là DNA, mà phải thông qua một bản chuyển mã của DNA là chuyển mã RNA (transcript). RNA thông tin (mRNA). mRNA này sẽ thực hiện sinh tổng hợp protein tương ứng Ngoài việc lưu trữ mật mã của protein, DNA còn đảm với gene đó. Tiến trình này được gọi là dịch mã RNA nhận các chức năng khác. Một điểm chung nhất là tất cả (translate). 6
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền Một protein được mã hóa bằng một bộ các exon theo trình Kết quả của việc cắt intron và dán exon của mRNA nhân tự xác định. là tạo ra mRNA trưởng thành không chứa intron, tức mã liên tục của protein. Protein sẽ được tổng hợp nhờ mRNA Mỗi amino acid được mã hóa bằng hơn một mã codon, này. Riêng chỉ có methionine chỉ được mã hóa bằng một mã codon duy nhất. Có ba codon dừng là UAA, UAG và UGA. Hình 7: Bảng các codon trên mRNA. Hình 9: Cắt dán trên mRNA nhân tạo mRNA trưởng thành Nguồn: Bioninja. http://www.vce.bioninja.com.au Tiến trình cắt dán được thực hiện bởi các spliceosome. Spliceosome loại bỏ các đoạn có cấu trúc lặp lại, tức không chứa thông tin di truyền. Ở sinh vật cấp cao, hầu hết các gene đều được tạo bởi Nguồn: study.com nhiều exon, ngăn cách bởi các intron. Trên một gene qui định một protein chuyên biệt, trình tự các exon và intron Khiếm khuyết trong quá trình sao mã và cắt dán RNA qui định trình tự của amino acid cấu thành nên protein đó. nhân có thể tạo ra bất thường trong protein. Đầu tiên, việc sao mã sẽ chuyển mã DNA thành mã RNA Sau khi hoàn thành quá trình chuyển mã thành mRNA, nhân. RNA nhân này chưa phải là RNA sẵn sàng cho việc đoạn mã của các intron sẽ được loại bỏ. tổng hợp protein. RNA nhân bao gồm cả mã của các đoạn intron lẫn các exon. Nguyên tắc hoạt động của các spliceosome là loại bỏ các đoạn có cấu trúc lặp lại, tức không chứa thông tin di truyền. Vì thế, khi một gene có quá nhiều exon (đồng nghĩa với có quá nhiều intron), hay các intron quá giống nhau thì sẽ dẫn đến các sai lạc trong quá trình cắt dán tạo ra mRNA cuối cùng, tức cắt một đoạn dài gồm hai intron có chứa một exon ở giữa, dẫn đến sự biến mất của một exon trong phân tử mRNA. Hình 8: Chuyển mã từ gene sang mRNA. Tại nhân, DNA được chuyển mã thành mRNA nhân. mRNA nhân là mRNA chưa sẵn sàng về chức năng, cần phải trải qua quá trình thay đổi sau chuyển mã, để cắt bỏ các đoạn intron. Tiến trình thay đổi sau chuyển mã sẽ loại bỏ mã sao của các intron, tạo ra RNA trưởng thành (mature mRNA), tức RNA thông tin (mRNA). mRNA là khuôn dùng trong tiến trình dịch mã, tức tổng hợp protein. Nguồn: slideshare.net Tiến trình chuyển mã RNA được nối tiếp bằng việc loại bỏ các intron trong bản sao RNA, tạo ra mRNA trưởng thành. mRNA trưởng thành không còn chứa các đoạn intron, là Hình 10: Sơ đồ giải thích khiếm khuyết protein do sai sót trong loại bỏ các đoạn mã intron khuôn mẫu cho tiến trình phiên mã tổng hợp protein. Intron sẽ được loại bỏ. Kế đó, từ bản sao RNA nhân, tế bào sẽ loại bỏ các đoạn Tiến trình loại bỏ được thực hiện và gắn kết các đầu cùng của các exon với nhau. mã intron, bằng tiến trình phân tách RNA, nhờ các cấu Tiến trình này có thể bị sai lệch, dẫn đến việc loại bỏ hẳn một hay nhiều trúc chuyên cho cắt dán gọi là spliceosome. exon, gây ra khiếm khuyết protein. Nguồn: Benoit Bely. https://fr.wikipedia.org 7
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền Đột biến điểm có thể gây ra tính đa hình đơn nucleotide RNA vận chuyển (tRNA) có nhiệm vụ vận chuyển amino (SNP) của protein. acid đến ribosome trong quá trình sinh tổng hợp protein. Đột biến (thay đổi) trong một codon sẽ làm thay đổi amino Trong quá trình sinh tổng hợp protein, có hai ncRNA tham acid tương ứng và làm thay đổi protein, tạo ra tính đa hình gia: rRNA (ribosome RNA) và tRNA (transfer RNA). của một loại protein (Single Nucleotide Polymorphism), Mỗi tRNA gồm có hai đầu, một đầu mang đối codon với hệ quả là thay đổi tính chất của protein. (anticodon), khớp với mã codon trên mRNA. Đầu còn lại Có thể lấy ví dụ là trường hợp của thụ thể với hormone của tRNA mang amino acid tương ứng với mã đối codon FSH trên màng tế bào (rFSH). rFSH là một protein. Tại của nó. một vị trí của protein này có Serine. Thoạt tiên, hai đơn vị của ribosome đến khớp với nhau ở đoạn mRNA có mã codon khởi đầu (AUG: methionine). Codon của Serine trên mRNA là UCU hoặc UCC (xem Khi hai đơn vị của ribosome gắn với nhau, nó bao phủ một bảng). Đột biến xảy ra trên codon này thay C ở vị trí thứ khu vực gồm 3 codon. Codon ở đầu 5’ là nơi tRNA thoát nhì bằng A. Kết quả là ta có codon UAU hoặc UAC, là khỏi ribosome (vùng thoát). Codon ở đầu 3’ là nơi tRNA codon của Tyrosine. mang amino acid đến gắn vào (điểm đến). Codon ở giữa là Như vậy, đột biến này dẫn đến việc tạo ra một hình thái nơi tRNA nhả amino acid ra để gắn với chuỗi polypeptid rFSH có cấu tạo khác, với Serine bị thay bằng Tyrosine. (điểm nhả). rFSH với Tyr ở vị trí của Ser không đảm bảo được hoạt Sau khi ribosome được tổ hợp, tRNA mang methionine sẽ động bắt giữ FSH cho tế bào, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đến điểm đến. chức năng của tế bào. Ribosome bắt đầu trượt trên mRNA theo từng bước, mỗi bước là một codon. Sau khi nó trượt bước đầu tiên, tRNA CÁC RNA KHÔNG MÃ HÓA PROTEIN (ncRNA) của methionine sẽ đến điểm nhả và nhả methionine ra. Trong khi đó một tRNA mang amino acid mới sẽ đến, có Các gene không mã hóa protein có vai trò quan trọng trong mã đối codon khớp với mã codon thứ nhì. nhiều tiến trình điều hòa khác nhau. Ribosome trượt bước thứ nhì, tRNA của methionine sẽ đến Gene không mã hóa là một gene cũng được chuyển mã vùng thoát, và thoát ly khỏi ribosome. tRNA thứ nhì sẽ sang các RNA. Các RNA này được gọi chung là các RNA đến điểm nhả và nhả amino acid để gắn với methionine. không mã hóa protein (non-coding RNA) (ncRNA) hay Lúc này, một tRNA thứ ba mang amino acid mới sẽ đến, các RNA cấu trúc (structural). có mã đối codon khớp với mã codon thứ ba. Tuy các RNA này không có chức năng tham gia tổng hợp Ribosome tiếp tục tiến theo chiều 5’ đến 3’. Chuỗi protein, nhưng chúng tham gia vào nhiều quá trình điều polypeptide dài dần. hòa khác nhau. Cuối cùng, khi ribosome tiến đến mã codon dừng (UAA, UGA, UAG), tức codon dừng rơi vào điểm đến. Lúc này, Có thể liệt kê một số nhóm RNA cấu trúc chính như: do không có tRNA nào mang mã đối codon là AUU, ACU 1. Các RNA vận chuyển (tRNA) tham gia vào tiến trình hay AUC, nên sẽ không có tRNA nào gắn vào điểm đến. vận chuyển các amino acid đến ribosome cho sinh Ribosome trượt thêm một bước, và chuỗi polypeptide bị tổng hợp protein đứt ngang và dừng lại ở đó. 2. Các RNA tham gia vào tiến trình điều hòa gene 3. Các miRNA tức là RNA nhỏ, nhưng có vai trò quan trọng trong biểu hiện gene… Hình 11: Phân loại các gene Hình 12: tRNA trong sinh tổng hợp protein Các gene được phân ra hai loại: (1) gene mã hóa protein và (2) gene Ribosome bao phủ một khu vực gồm 3 codon. không mã hóa protein. Codon ở đầu 5’ là vùng thoát khỏi ribosome. Gene không mã hóa protein có nhiệm vụ đảm nhận tạo ra các RNA đa Codon ở đầu 3’ là điểm đến và tiếp nhận. chức năng, tham gia vào tiến trình điều hòa gene như miRNA, Xist, tổng Codon giữa là nơi nhả amino acid. hợp telomerase… Không có tRNA ứng với các codon dừng. Nguồn: slideplayer.com Nguồn: Jeremy Thornton. Slideplayer.com 8
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền Nếu trong một exon có một codon bị đột biến điểm và trở miRNA tham gia vào nhiều tiến trình điều hòa tế bào thành codon dừng thì chuỗi protein do gene chứa exon đó phụ trách sẽ bị đứt đoạn tại điểm dừng bất thường. miRNA là các RNA nhỏ, chỉ có chiều dài khoảng 20-25 nucleotide. Có thể lấy hai ví dụ là β-Thalassemia. Các miRNA tham gia vào nhiều hoạt động như chết Ví dụ thứ nhất là một đột biến điểm, thay nucleotide này chương trình tế bào, sửa chữa mô tế bào, tân tạo mạch, bằng một nucleotide khác. Ở người bình thường, chuỗi β- phát triển tế bào… globin là một globin protein được tạo bởi 146 amino acid. Glutamine (mã codon CAG) là amino acid chiếm vị trí thứ Tiến trình tổng hợp miRNA bắt đầu bằng việc chuyển mã 39 của chuỗi β-globin. Codon này có thể bị đột biến trở các miRNA sơ cấp từ các đoạn DNA không mã hóa thành UAG, là một codon dừng. Chuỗi β-globin khi được protein. tổng hợp đến vị trí này thì bị đứt đoạn. Ở người bị đột biến Các miRNA sơ cấp này có cấu tạo “chuỗi giả kép” nhờ các kiểu này, việc sinh tổng hợp thay vì cho ra một chuỗi liên kết hydro. polypeptide 146 amino acid có chức năng thì bây giờ chỉ Enzyme Dimer cắt nhỏ miRNA sơ cấp thành các “khoanh” tạo ra một chuỗi polypeptide 38 aminoacid không chức là các đoạn kép ngắn. năng. Cơ thể không có chuỗi β-globin, tạo ra một bệnh lý rất nặng là β0 Thalassemia. Một trong hai chuỗi của đoạn kép sẽ bị thoái giáng. Ví dụ thứ nhì là một đột biến mất nucleotide, làm xáo trộn Đoạn miRNA đơn còn lại sẽ kết hợp với một protein tạo phức miRNA-protein. Phức bộ này đến gắn vào mRNA và chuỗi. Ở người bình thường, các codon 15-16-17-18-19 tác dụng trên mRNA. lần lượt là …15UGG-GGC-AAG-GUG-AAC19… tương ứng với đoạn polypeptide là …15trp-gly-lys-val-asn19… Vị trí gắn của miRNA vào mRNA là bất kỳ, miễn có sự Đột biến mất một nucleotide G ở codon 16 sẽ làm thay đổi tương hợp nucleotide. Hơn nữa, để gắn được với mRNA, toàn bộ các codon còn lại. Đoạn này sẽ trở thành không cần có sự tương hợp nucleotide hoàn toàn. Nói cách …15UGG-GCA-AGG-UGAstop, với chuỗi polypeptide chỉ khác, miRNA có thể gắn vào mRNA theo kiểu từng đoạn có 17 amino acid, với 2 amino acid cuối cùng bị sai ngắn. …15trp-ala-argstop. Cơ thể cũng không có chuỗi β-globin, Khi đã gắn vào mRNA, các miRNA tác dụng bằng cách tạo ra một bệnh lý rất nặng là β0 Thalassemia. chặn ngang tiến trình sinh tổng hợp protein khi ribosome ncRNA tham gia vào kiểm soát hoạt động của gene. đi đến các codon bị phong tỏa bởi miRNA. miRNA cũng có thể gắn vào đoạn cuối của mRNA, trước ncRNA tham gia điều hòa hoạt động của gene, bằng cách đuôi Poly-A, và ngăn cản tiến trình sau dịch mã thành tham gia vào cơ chế đóng mở của các gene. Kiểm soát protein. gene thông qua ncRNA là một điển hình của các kiểm soát miRNA cũng có thể làm mRNA bị vỡ vụn và thoái giáng. bằng cơ chế thượng di truyền. Một ví dụ là trong trường hợp bất hoạt nhiễm sắc thể X. Trung tâm bất hoạt nhiễm sắc thể X (Xic) chuyển mã một ncRNA gọi là Xist (X-inactive specific transcript RNA). Xist phong tỏa hoạt động histone của nhiễm sắc thể X và methyl hóa các CpG trên nhiễm sắc thể X, dẫn đến bất hoạt một trong hai nhiễm sắc thể X. Hình 14: Cơ chế hoạt động kiểm soát biểu hiện gene của miRNA miRNA chức năng phong tỏa mRNA ngăn cản tiến trình đọc mã trên ORF hoặc phá hủy mRA. Nguồn: Godfrey Bbosa. Scientific research publishing Vol.5 No.10A(2013). miRNA là các phân tử rất nhỏ, nhưng đóng vai trò rất lớn trong điều hòa tế bào, nhất là điều hòa sau dịch mã. Bất thường trong chuyển mã miRNA (theo cả hai chiều tăng hoặc giảm) cùng có thể dẫn đến bệnh lý. Khảo sát các miRNA mở ra nhiều hướng mới cho chẩn đoán và điều trị. Khảo sát bất thường về chuyển mã miRNA cho phép dùng chúng như các chỉ báo sinh học (biomarkers) của bệnh lý Hình 13: ncRNA trong bất hoạt nhiễm sắc thể X muốn khảo sát. Xic nằm trên nhánh dài của nhiễm sắc thể X chứa gene không mã hóa Một ví dụ về bất thường chuyển mã miRNA dùng trong protein chi phối một ncRNA là Xist. Tiến trình chuyển mã sẽ tạo ra Xist. chẩn đoán là bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị Xist sẽ phong tỏa các gene thông qua khử acetyl của histone, đồng thời (endometriosis). Trong bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị, sự ngăn cản việc mở gene thông qua methyl hóa các đảo CpG. hiện diện của nội mạc tử cung ở vị trí bất thường (phúc Nguồn: Bài giảng Gene/Chromosome Inactivation. miami.edu mạc, buồng trứng, trong lớp cơ tử cung…) sẽ kích thích 9
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Khái niệm về di truyền và biểu hiện gene. Khái niệm về kiểm soát thượng di truyền phản ứng miễn nhiễm của cơ thể nhằm loại trừ nó. Tuy nhiên đáp ứng miễn nhiễm loại trừ mô lạc vị đã không thành công do đáp ứng bất thường trong chuyển mã các miRNA. Bằng cách ngăn cản tiến trình đào thải miễn dịch bình thường, các miRNA được chuyển mã sẽ giúp tổ chức nội mạc tử cung tồn tại và phát triển ở vị trí lạc vị. Hoạt động chuyển mã bất thường của miRNA được kích hoạt bởi các yếu tố thượng di truyền kiểm soát các gene không mã hóa của miRNA tương ứng. Vì thế, một số miRNA có thể được dùng như một chỉ báo sinh học cho chẩn đoán bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị6. Điều trị trúng đích dựa trên nền tảng miRNA là một ngành điều trị mới. Các đoạn nucleotide nhỏ chuyên biệt có thể được dùng với vai trò miRNA giả hay đối-miRNA (anti- miRNA), để khóa chặt hoạt động sinh tổng hợp protein trên các mRNA của bệnh lý tương ứng. Ngành ung thư Hình 15: miRNA trong bệnh lý nội mạc tử cung lạc vị đang rất kỳ vọng vào điều trị trúng đích dựa trên nền tảng Rất nhiều miRNA có thể được dùng như chỉ báo sinh học của bệnh lý miRNA này. này. Các miRNA này liên quan đến rất nhiều hoạt động kiểm soát thượng di truyền khác nhau. 6 miRNA-125 và miRNA-150 được điều hòa lên, trong khi đó miRNA- Nguồn: Maria E. The role of microRNAs in endometriosis and associated reproductive conditions. Human Reproduction Update, Volume 16, Issue 2, 1 March 2010, Page 147 3613 được điều hòa xuống. TÀI LIỆU ĐỌC THÊM 1. Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition. Tác giả Nussbaum. Nhà xuất bản Elsevier 2016. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1. Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition. Tác giả Nussbaum. Nhà xuất bản Elsevier 2016. 2. Kay Elder. In-vitro-Fertilization 3rd Ed. Nhà xuất bản Cambridge Medicine 2011 10
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Nhiễm sắc thể Y Nhiễm sắc thể Y Âu Nhựt Luân Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong, sinh viên có khả năng: 1. Trình bày được các đặc điểm cấu trúc của nhiễm sắc thể Y 2. Trình bày được các chức năng sinh lý của nhiễm sắc thể Y NHIỄM SẮC THỂ Y LÀ MỘT ALLOSOME Vùng dị sắc (heterochromatin) trên nhiễm sắc thể Y rất rộng, có tổng độ dài khoảng 40 Mb, tương ứng với Yq12, Bộ nhiễm sắc thể của người có 23 cặp nhiễm sắc thể, gồm có tính đa hình và bất hoạt. 22 cặp nhiễm sắc thể thường (autosome) và 1 cặp nhiễm sắc thể giới tính (allosome). Nhiễm sắc thể Y chứa rất ít gene. Ở người nam, cặp nhiễm sắc thể giới tính được tạo từ hai Nhiễm sắc thể Y chứa rất ít gene. Điều này củng cố giả nhiễm sắc thể không tương đồng: nhiễm sắc thể X và thuyết cho rằng cả 2 nhiễm sắc thể X và Y đều có nguồn nhiễm sắc thể Y. Nhiễm sắc thể Y là nhiễm sắc thể nhỏ gốc xa xưa là các nhiễm sắc thể thường, với các gene bị nhất của bộ nhiễm sắc thể người, với kích thước chỉ mất dần trong quá trình phát triển. khoảng 60 Mb. Trên nhiễm sắc thể X, vẫn còn lại các gene có chức năng của nhiễm sắc thể tiền thân. Ngược lại, trên nhiễm sắc thể Y, các gene tiền thân đã bị bất hoạt và thoái giáng trong một vùng có kích thước rộng lớn của nhiễm sắc thể Y. Hình 2: Cấu tạo của nhiễm sắc thể Y. Hình 1: Nhiễm sắc thể X (lớn, trái) và nhiễm sắc thể Y (nhỏ, phải) tạo ra Nhận diện các vùng PAR có tương tác với nhiễm sắc thể X. cặp nhiễm sắc thể giới tính ở người nam 46,XY. Nhiễm sắc thể Y là một Vùng bình sắc chiếm ⅓ dung lượng của nhiễm sắc thể Y, có chứa các allosome với các vùng có tính năng giả autosome (PAR). gene quan trọng trong đó có gene SRY và các gene AZF. Nguồn: sciencenewsforstudents.org Vùng dị sắc rất rộng, chiếm gần ⅔ dung lượng của nhiễm sắc thể Y. Nguồn: sciencedirect.com Nhiễm sắc thể Y có vùng giả autosome (PAR). GENE SRY Trên allosome Y, người ta đã xác định được có sự tồn tại của 2 vùng giả autosome (pseudoautosomal) (PAR), nằm SRY là một gene chủ, mã hóa một protein ngắn mang cùng ở 2 đầu cùng của nhiễm sắc thể này. Các PAR này có kích tên (SRY). thước rất nhỏ (PAR1 có kích thước 2600 kb và PAR2 có SRY có chức năng điều hòa sự biểu hiện gene của các kích thước 320 kb). Chức năng của các PAR là trao đổi vật gene khác. chất di truyền với nhiễm sắc thể X đồng hành, trong tiến Gene được đề cập nhiều nhất của nhiễm sắc thể Y là vùng trình phân bào giảm nhiễm tạo tinh trùng. Như vậy, các xác định giới tính trên nhiễm sắc thể Y (Sex-determining gene thuộc PAR được di truyền theo kiểu của các gene Region on the Y chromosome) (SRY). thuộc nhiễm sắc thể thường. SRY là một gene có kích thước nhỏ, nằm trên nhánh ngắn Vùng bình sắc (euchromatin) trên nhiễm sắc thể Y có tổng của nhiễm sắc thể Y, giáp giới với vùng PAR1. SRY chỉ có độ dài khoảng 23 Mb, trải từ khu vực cận trung thể của một exon, mã hóa một protein ngắn (204 amino acids), nhánh ngắn, cho đến khu vực cận trung thể của nhánh dài. được gọi là protein SRY. Vùng này có chứa một số gene chức năng quan trọng. 1
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Nhiễm sắc thể Y SRY được xếp vào nhóm các HMG-box (high mobility Ngược lại, sự vắng mặt của SRY sẽ làm cho tuyến sinh dục group), có nhiệm vụ kiểm soát chuyển mã DNA của các phát triển, với các điều kiện xác định, theo hướng buồng gene khác. Như vậy SRY là gene chủ, thông qua SRY, có trứng. nhiệm vụ điều hòa biểu hiện gene của các gene khác. SRY và SOX9 không phải là các yếu tố duy nhất can thiệp Bằng cơ chế kiểm soát phức tạp, SRY khởi động và kiểm vào hình thành tuyến sinh dục. Tham gia vào tiến trình này soát dòng thác các tiến trình xác định và phát triển tinh còn có DAX1. DAX1 có tác dụng đối kháng với tác động hoàn từ tuyến sinh dục sơ khai chưa định hướng. chuyển mã của SOX9 trên các gene tùy thuộc. Thông qua SRY, SRY định hướng cho tuyến sinh dục là WNT4 là một gene thuộc nhiễm sắc thể 1, biểu hiện bằng tinh hoàn. protein WNT4. WNT4 điều hòa gene NR0B1 thuộc nhiễm Một mặt, SRY trực tiếp tác động trên tiến trình bật các sắc thể X. Biểu hiện của NR0B1 chính là protein DAX1. gene chi phối tinh hoàn và tiến trình tắt các gene chi phối Cần phải có hai copies của NR0B1 để gene này có thể buồng trứng. được biểu hiện qua DAX1. Khi không có SRY, đồng nghĩa với không có SRY, các Như vậy buồng trứng được hình thành khi thỏa hai điều gene chi phối tinh hoàn không được bật, và các gene chi kiện là vắng mặt của SRY-SOX9 và đồng thời có sự hiện phối buồng trứng không bị tắt. diện của WNT4-DAX1. Mặt khác, SRY cũng gián tiếp tác động trên tiến trình bật Tinh hoàn sơ khai chế tiết AMH. AMH là hormone định các gene chi phối tinh hoàn và tiến trình tắt các gene chi hình đường sinh dục phát triển theo hướng nam. phối buồng trứng, bằng cách chi phối các gene SOX1. Tuyến sinh dục sẽ kiểm soát tiến trình biệt hóa đường sinh Khi không có SRY, đồng nghĩa với không có SRY, SOX9 dục. Sự kiểm soát này được thực hiện thông qua Anti- cũng không có biểu hiện gene. Do không có biểu hiện của Mullerian Hormone (AMH), là hormone chủ của tuyến SOX9, các gene chi phối tinh hoàn sẽ không được bật, sinh dục sơ khai. hoặc sẽ không giữ được trạng thái mở. Cũng do không có Ở phôi thai nam, ngay từ thời điểm 8 tuần tuổi phôi, AMH biểu hiện của SOX9 mà gene chi phối buồng trứng sẽ đã được chế tiết từ các tế bào Sertoli của tinh hoàn. AMH không giữ được trạng thái tắt. gây ra hiện tượng thoái triển của hệ thống ống Müller, cho phép ống Wolff phát triển thành đường sinh dục nam dưới tác dụng của testosterone. Vì thế, AMH còn được gọi là chất ức chế Müller (Müllerian-inhibiting substance) (MIS). Hình 3: SRY gene là một gene chủ của tiến trình xác định giới tính tuyến sinh dục, tác động trực tiếp hay thông qua điều hòa hoạt động các gene SOX (trong đó có SOX9). Khi có SRY, SRY protein sẽ trực tiếp bật các gene tinh hoàn và đồng thời tắt các gene buồng trứng. Bên cạnh đó, SRY protein mở SOX 9. Hoạt động của SOX 9 protein là giữ cho các gene kiểm soát buồng trứng ở trạng thái tắt, đồng thời bật hay giữ cho các gene Hình 4: SRY can thiệp vào tiến trình biệt hóa đường sinh dục thông qua kiểm soát tinh hoàn ở trạng thái mở. hoạt động của tinh hoàn sơ khai. Nguồn: Khoa Y, Đại học UCSF Tinh hoàn sơ khai được xác định bằng gene SRY, sẽ chế tiết AMH và Như vậy, sự hiện diện của SRY gene sẽ định hướng cho testosterone. AMH sẽ tác động lên hệ thống ống Müller, làm thoái triển tuyến sinh dục sơ khai phát triển thành tinh hoàn. hệ thống này. Testosterone tác động trên hệ thống ống Wolff, làm hệ thống này phát triển thành đường tinh. Khi vắng mặt gene SRY, tuyến sinh dục sẽ phát triển theo hướng “mặc 1 SOX gene (SRY related HMG-box). Như tên gọi, SOX là các gene chịu định” là buồng trứng. Buồng trứng sơ khai không sản xuất AMH. Vắng sự chi phối của protein SRY. SOX được phiên mã và dịch mã thành các mặt AMH, hệ thống Müller tiếp tục phát triển, tạo ra đường sinh dục nữ. HMG-box trực tiếp điều hòa các tuyến sinh dục. Trong các SOX, thì Nguồn: embryology.ch SOX9 là gene được khảo sát nhiều nhất, thuộc nhiễm sắc thể 17. 2
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Nhiễm sắc thể Y Khi vắng mặt tinh hoàn, tức không có AMH, đường sinh CÁC GENE KHÁC CỦA NHIỄM SẮC THỂ Y dục sẽ phát triển theo hướng nữ. Nhiễm sắc thể Y có tương tác với nhiễm sắc thể X. Ở phôi thai nữ, tại các thời điểm rất sớm, không có hoạt Khảo sát người nữ với hội chứng Turner 45,X0 cung cấp động chế tiết AMH. Vắng mặt của AMH cho phép duy trì nhiều thông tin hữu ích về “vai trò ngoài giới tính” của sự tồn tại và phát triển của ống Müller trở thành phần trên nhiễm sắc thể Y. của đường sinh dục nữ: vòi Fallope, tử cung và phần trên Người nữ với hội chứng Turner (45,X0) thể hiện ra ngoài âm đạo. là kiểu hình nữ, với bất thường tăng trưởng, vô sinh, bất LOCUS AZF thường giải phẫu học và khiếm khuyết nhận thức chọn lọc. AZF là các loci nằm trên Yq11, có vai trò trong hoàn tất Cấu tạo của nhiễm sắc thể X ở người nữ bình thường tiến trình sinh tinh. (46,XX), ở người nam (46,XY) bình thường và ở người nữ Turner (45,X0) là hoàn toàn giống nhau. Vậy người nam Vùng AZF được xem như là một vùng chứa các gene tham 46,XY và người nữ 45,X0 có gì khác biệt? Vì sao cả người gia vào tiến trình sinh tinh. nam 46,XY lẫn người nữ 45,X0 cùng là các cá thể không AZF gồm có 3 tiểu vùng AZFa (1-3 Mb), AZFb (1-3 Mb) có nhiễm sắc thể X thứ nhì, nhưng lại có các biểu hiện và AZFc (500kb). khác biệt? Vì sao người nữ 46,XX cũng như người nam Các gene AZF tham gia vào các giai đoạn khác nhau của 46,XY lại không có các biểu hiện bất thường thấy ở người tiến trình sinh tinh, từ sản sinh giao tử đến biệt hóa và nữ 45,X0? trưởng thành giao tử. Tuy nhiên, vai trò chính xác của các Để giải thích, các gene tham gia vào tiến trình này phải gene này trong tiến trình sinh tinh chưa được hiểu rõ. thỏa cả 2 điều kiện: (1) chúng phải hiện diện trên cả 2 Các đột biến vi mất đoạn mới phát sinh (de novo nhiễm sắc thể X và Y, và (2) chúng phải có tương tác lên microdeletions) của vùng này sẽ ảnh hưởng đến chức năng nhau, như trong một cặp nhiễm sắc thể thường. sinh sản của người nam. Các gene trên nhiễm sắc Y đóng vai trò là yếu tố kích hoạt các gene tương đồng thuộc nhiễm sắc thể X. Ở người nữ bình thường 46,XX, các gene thuộc nhiễm sắc thể X thứ nhất được kích hoạt bởi các gene tương đồng với nó thuộc nhiễm sắc thể X thứ nhì. Tương tự, ở người nam bình thường, các gene thuộc nhiễm sắc thể X duy nhất được kích hoạt bởi các gene tương đồng tìm thấy trên nhiễm sắc thể Y. Các gene tương đồng thuộc nhiễm sắc thể Y tương tác và kích hoạt các gene tương đồng thuộc nhiễm sắc thể X. Hình 5: :Locus AZF Người nữ 45,X khác người nam 46,XY ở chỗ người nữ Locus này là một vùng chứa rất nhiều gene tham gia vào tiến trình sinh 45,X không có các gene kiểm soát và kích hoạt các gene tinh. Cho đến nay, trách vụ cụ thể của các gene này vẫn chưa được hiểu chức năng trên nhiễm sắc thể X thứ nhất. Các gene này, biết một cách thấu đáo. hoặc nằm trên nhiễm sắc thể X thứ nhì, hoặc nằm trên Người ta biết rằng các đột biến de novo của các gene này ảnh hưởng đến sinh tinh và biệt hóa trưởng thành tinh trùng. Các đột biến này nhiễm sắc thể Y. Các gene trên nhiễm sắc thể X không thường rất nhỏ, được gọi là các vi mất đoạn (microdeletion). được kích hoạt, dẫn đến biểu hiện kiểu hình của hội chứng Nguồn: slideshare.net Turner. TÀI LIỆU ĐỌC THÊM 1. Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition. Tác giả Nussbaum. Nhà xuất bản Elsevier 2016. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1. Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition. Tác giả Nussbaum. Nhà xuất bản Elsevier 2016. 2. The human Y chromosome: the biological role of a “functional wasteland”. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 3
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Nhiễm sắc thể X. Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X. Bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X Nhiễm sắc thể X Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X Bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X Âu Nhựt Luân Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong, sinh viên có khả năng: 1. Trình bày được các đặc điểm cấu trúc của nhiễm sắc thể X 2. Trình bày được cơ chế của hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X 3. Trình bày được ảnh hưởng của bất hoạt nhiễm sắc thể X trên sự di truyền bệnh liên kết với nhiễm sắc thể X Tuy nhiên, một số gene không tuân theo qui luật Mendel. NHIỄM SẮC THỂ X LÀ MỘT ALLOSOME Chúng là các gene với biểu hiện một allele. Bộ nhiễm sắc thể của người có 23 cặp nhiễm sắc thể, gồm Đột biến của gene thuộc nhiễm sắc thể X có thể gây “bệnh 22 cặp nhiễm sắc thể thường (autosome) và 1 cặp nhiễm di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X” (X-linked). sắc thể giới tính (allosome). Đột biến gây bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X Ở người nữ, cặp nhiễm sắc thể giới tính được tạo từ hai được xếp vào nhóm các tính trạng biểu hiện một allele. nhiễm sắc thể X tương đồng. Tuy nhiên, nhiễm sắc thể X Đột biến của gene thuộc nhiễm sắc thể X có thể gây “bệnh có qui luật hoạt động riêng, khác hẳn một cặp autosome. di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X” (X-linked). Có hơn Người nữ là nữ bởi họ không có nhiễm sắc thể Y, chứ 60 bệnh di truyền liên kết với X đã được nhận diện. không phải là do họ có thêm một nhiễm sắc thể X thứ nhì. Di truyền của các bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể Nhiễm sắc thể X không có chức năng xác định giới tính. X này không tuân theo các định luật Mendel cho các bệnh Chức năng này là của nhiễm sắc thể Y. lý di truyền theo autosome. Đột biến gây bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X được xếp vào nhóm các tính Nhiễm sắc thể Y mang gene SRY, là gene quyết định việc trạng biểu hiện một allele. tuyến sinh dục phát triển theo chiều hướng tinh hoàn. Có thể nói “nhiễm sắc thể Y là nhiễm sắc thể nam” 1. Lý giải quan trọng nhất cho hiện tượng di truyền một allele của các bệnh liên kết với X là chỉ có một trong hai nhiễm Trái lại, dù rằng nhiễm sắc thể X có chứa gene tham gia sắc thể X ở trạng thái hoạt động. Nhiễm sắc thể X thứ nhì chi phối hình thành buồng trứng2, nhưng gene này không luôn bị bất hoạt (X inactivation). phải là gene chủ để quyết định việc tuyến sinh dục phát triển thành buồng trứng3. Vì thế, không thể nói “nhiễm sắc thể X là nhiễm sắc thể quyết định kiểu hình và kiểu tuyến sinh dục nữ”. Người nữ là nữ bởi lý do chủ yếu là họ không có nhiễm sắc thể Y, chứ không phải là do họ có thêm một nhiễm sắc thể X thứ nhì. Nhiễm sắc thể X chứa khoảng 1,000 gene. Nhiễm sắc thể X có kích thước tương đối lớn, có một khối lượng bình sắc rộng và có một khối lượng dị sắc hẹp. Nói một cách khác, nhiễm sắc thể X liên quan đến rất nhiều biểu hiện gene. Các gene trên nhiễm sắc thể X là các gene với biểu hiện một allele. Qui luật Mendel chi phối tất cả các gene hoạt động theo cơ chế các cặp allele. Hầu hết các biểu hiện tính trạng đều tuân theo định luật di truyền của Mendel. 1 Xem thêm bài Nhiễm sắc thể Y Hình 1: Bản đồ các gene liên quan đến các bệnh lý di truyền có liên quan 2 Gene NR0B1, xem bài Nhiễm sắc thể Y và phần tiếp theo sau của bài. đến nhiễm sắc thể X. 3 Gene chủ của hình thành và phát triển buồng trứng trong điều kiện vắng Lưu ý đến vùng gene có nhiệm vụ bất hoạt nhiễm sắc thể X nằm ở lân mặt biểu hiện của SRY là WNT4, thuộc nhiễm sắc thể 1. WNT4 chi phối cận trung thể (X inactivation locus) biểu hiện bằng DAX1 của NR0B1, xem bài Nhiễm sắc thể Y và phần tiếp Nguồn: desertbruchid.net theo sau của bài. 5
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Nhiễm sắc thể X. Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X. Bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X CÁC CÂU HỎI QUAN TRỌNG LIÊN QUAN ĐẾN SỐ LƯỢNG NHIỄM SẮC THỂ X Câu hỏi thứ nhất: Nữ (45,X0) và nam (46,XY) chỉ có một nhiễm sắc thể X. Vì sao nữ (45,X0) có bất thường về phát triển thể chất, còn nam (46,XY) có phát triển thể chất bình thường? Ở người nữ 46,XX thì một số loci của một nhiễm sắc thể X sẽ tương tác với các loci tương ứng với chúng trên nhiễm sắc thể X thứ nhì. Ở người nam 46,XY các loci đó (trên X) sẽ tương tác với các loci tương ứng với chúng trên nhiễm sắc thể Y. Người 45,X0 không có nhiễm sắc thể X thứ nhì, và cũng không có nhiễm sắc thể Y, nên các loci đề cập ở trên sẽ không có hiện tượng tương tác. Có phải chăng điều này đã dẫn đến biểu hiện bất thường ở cá thể 45,X0? Câu hỏi thứ nhì: Hình 2a (trên, trái): Vật thể Barr (mũi tên) hay vật thể hình dùi trống (ở Nhiễm sắc thể Y chứa rất ít gene. Nhiễm sắc thể X chứa bạch cầu đa nhân trung tính) là dấu vết của nhiễm sắc thể X bất hoạt. rất nhiều gene. Phần lớn các gene này không có allele Hình 2b (trên, phải): Hình quét kính hiển vị điển tử vật thể Barr ở bạch tương đồng trên nhiễm sắc thể Y. cầu đa nhân trung tính. Biểu hiện của các gene này có thay đổi theo số lượng của Hình 2c (dưới): Trong điều kiện bình thường, chỉ có một nhiễm sắc thể X nhiễm sắc thể X không? hoạt động. Khi số lượng nhiễm sắc thể X ≥ 2, các nhiễm sắc thể X dôi ra sẽ bất hoạt, thể hiện bằng các chấm trắng trên nhuộm Xsit. Vậy các allele này hoạt động như thế nào ở người nam, khi Nguồn: unsw.edu.au vắng mặt allele tương ứng? Trung tâm bất hoạt X (Xic) nằm trên nhiễm sắc thể X có Và các allele này hoạt động như thế nào khi có mặt của một vai trò quan trọng trong di truyền liên kết với X. allele tương đồng nằm trên nhiễm sắc thể X thứ nhì ở người nữ? Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X chịu sự chi phối của vùng gene thuộc nhiễm sắc thể X (X inactivation center) Câu hỏi thứ ba: (Xic). Cá thể có lệch bội nhiễm sắc thể X (47,XXX) hay Bất hoạt nhiễm sắc thể X xảy ra nhờ khử acetyl histone và (47,XXY) thường có bất thường ở mức độ khác nhau về methyl hóa các gene. phát triển thể chất. Để có thể biểu hiện ra ngoài, các gene thuộc tế bào sinh Vì sao có hiện tượng này? dưỡng phải được mở. Tiến trình mở DNA được thực hiện Vậy sự hiện diện của các “siêu nhiễm sắc thể X” đã tác thông qua acetyl hóa histone. Tiến trình mở gene được động như thế nào? thực hiện thông qua khử methyl các đảo CpG. Ngược lại, Các nhận định trên sẽ được giải thích thấu đáo bằng cơ chế khử acetyl histone và methyl hóa đảo CpG là các cơ chế biểu hiện một allele và sự bất hoạt nhiễm sắc thể X. đóng DNA và gene. Trong cơ chế bất hoạt nhiễm sắc thể X, một trong hai HIỆN TƯỢNG BẤT HOẠT NHIỄM SẮC THỂ X nhiễm sắc thể X sẽ “được chọn” để bị bất hoạt. Xic của Một trong hai nhiễm sắc thể X phải bị bất hoạt, để đảm nhiễm sắc thể X “được chọn” để bị bất hoạt sẽ có hoạt bảo rằng chỉ có một nhiễm sắc thể X hoạt động. động chuyển mã biểu hiện qua một ncRNA là Xist RNA (X-inactive specific transcript RNA). Ở cá thể nữ 46,XX mỗi gene trên nhiễm sắc thể X đều có hai allele. Tuy nhiên, chúng không hoạt động như các gene Xist RNA sẽ gắn vào hầu hết vật chất di truyền của nhiễm trên các autosome. Biểu hiện gene trên nhiễm sắc thể X là sắc thể X được chọn để bị bất hoạt, phong tỏa tiến trình biểu hiện đơn allele. Nói cách khác, một trong hai nhiễm acetyl hóa histone của DNA và khử methyl gene trên sắc thể X phải bị bất hoạt. nhiễm sắc thể X. Điều này là cơ chế căn bản để đảm bảo hoạt động của Ở người nữ 46,XX một nhiễm sắc thể X có nguồn gốc từ nhiễm sắc thể X là như nhau ở người nữ và người nam (là cha và một nhiễm sắc thể X còn lại có nguồn gốc từ mẹ. chủ thể chỉ mang một nhiễm sắc thể X). Việc nhiễm sắc thể X nào bị bất hoạt là ngẫu nhiên, và không giống nhau cho các dòng tế bào 4. Nhiễm sắc thể X bất hoạt được nhìn thấy dưới dạng vật thể Barr khi khảo sát tế bào ở gian kỳ của phân bào (interphase). 4 Thực ra thì việc chọn nhiễm sắc thể để bị bất hoạt cũng không hoàn toàn ngẫu nhiên. Trong nhiều trường hợp (nhưng không phải là luôn luôn), Như vậy phải có một cơ chế để kiểm soát hoạt động của nhiễm sắc thể X nào mang gene đột biến đột biến sẽ trở thành nhiễm sắc các nhiễm sắc thể X. thể X được chọn để bị bất hoạt. 6
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Nhiễm sắc thể X. Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X. Bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X Một bệnh lý có thể có có nhiều tính trạng, biểu hiện trên nhiều mô tế bào khác nhau. Ở clone này Xi có thể là nhiễm sắc thể X từ cha, ở clone khác Xi lại là X có nguồn gốc từ mẹ. Từ đó, dẫn đến việc các bệnh lý di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X có tính đa dạng về kiểu hình. Cuối cùng, tính chất phức tạp của vấn đề còn nằm ở chỗ Xi không bị bất hoạt toàn phần. Khoảng 15% gene thuộc nhiễm sắc thể X có biểu hiện hai allele. Điều này xác nhận rằng đã có hiện tượng đào thoát khỏi bất hoạt của một số gene thuộc Xi. Hiện tượng đào thoát khỏi bất hoạt của một số gene trên Xi tạo ra bất hoạt dạng khảm đa dạng của Xi. Hình 3: Xist là một ncRNA, được chuyển mã từ Xic của nhiễm sắc thể X Khi đó, biểu hiện bệnh lý sẽ trở nên cực kỳ phức tạp. “được chọn để bị bất hoạt” (Xi). Xist sẽ gắn vào vật liệu di truyền của Xi, trên toàn bộ chiều dài của Xi. Tiến trình khử acetyl của histone (các tam giác đỏ) và methyl hóa các gene của các loci điều hành (các ngôi sao đỏ) trên Xi bị ức chế. Nhiễm sắc thể trở nên bị bất hoạt. Trong khi đó, trên nhiễm sắc thể X hoạt động (Xa), các tiến trình acetyl hóa histone (các tam giác xanh) và khử methyl các loci điều hành (các ngôi sao xanh) xảy ra bình thường, dẫn đến biểu hiện đơn allele. Nguồn: epigenie.com/epigenie-learning-center/epigenetics/epigenetic-regulation/ DI TRUYỀN LIÊN KẾT VỚI X Hãy trở lại với định luật di truyền của Mendel. Nếu một tính trạng được di truyền theo allele lặn và đồng thời allele này nằm trên nhiễm sắc thể thường, thì kiểu Hình 4: Nhiễm sắc thể X bất hoạt có thể có nguồn gốc từ cha hay từ mẹ. hình này chỉ được biểu hiện ra ngoài khi allele ở trạng thái Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X xảy ra khác nhau ở các dòng tế bào sinh dưỡng khác nhau. đồng hợp tử lặn. Mỗi dòng tế bào (clone) có biểu hiện bất hoạt nhiễm sắc thể X riêng, tức Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X làm thay đổi hoàn từ cha hay từ mẹ. toàn biểu hiện của gene. Nguồn: Thompson & Thompson genetics in medicine Do có một nhiễm sắc thể X bị bất hoạt nên trước tiên có Nếu một nhiễm sắc thể X bị đột biến mất đoạn Xic, thì sẽ thể xem như chỉ có một nhiễm sắc thể X duy nhất. Đó là không có hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X xảy ra. nhiễm sắc thể X đang hoạt động (Xa). Các allele trên nhiễm sắc thể X bị bất hoạt (Xi) sẽ không can thiệp trên biểu hiện của allele tương ứng trên Xa. Bệnh liên kết với nhiễm sắc thể X có thể được di truyền kiểu trội (dominant) hay lặn (recessive). Một bệnh đã được xác định là di truyền trội sẽ vẫn không được biểu hiện, nếu các allele ở trạng thái dị hợp tử (Dd) và đồng thời (D) nằm trên Xi. Tương tự, một bệnh đã được xác định là di truyền lặn và ở một cá thể dị hợp tử (Rr), thì bệnh vẫn cứ được biểu hiện khi (r) nằm trên Xa và (R) nằm trên Xi. Như vậy, khó lòng áp dụng khái niệm di truyền theo gene lặn hay trội cho các bệnh liên kết với nhiễm sắc thể X. Có thể phải chấm dứt việc dùng thuật ngữ di truyền gene trội (hay lặn) cho bệnh di truyền liên kết với X. Sự phức tạp của các bệnh lý di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X chưa dừng lại ở điểm này. Xi có thể là nhiễm sắc thể X có nguồn gốc cha hay cũng có thể là nhiễm sắc thể X có nguồn gốc từ mẹ. Các clone tế bào khác nhau về Xi là nhiễm sắc thể X có nguồn gốc Hình 5: Cơ chế xuất hiện biểu hiện hai allele của nhiễm sắc thể X: thiếu cha hay nguồn gốc mẹ. Xic trên nhiễm sắc thể phải bị bất hoạt. Nguồn: Thompson & Thompson genetics in medicine Việc mẹ mang một allele trội (D) có thể không có biểu hiện nếu như Xi có nguồn gốc từ mẹ, nhưng vẫn sẽ được Vì một trong hai nhiễm sắc thể X là nhiễm sắc thể X biểu hiện nếu Xi là X có nguồn gốc từ cha. không có Xic, nên nhiễm sắc thể bị đột biến không chuyển 7
Dẫn nhập về Y học Sinh sản Nhiễm sắc thể X. Hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X. Bệnh di truyền liên kết với nhiễm sắc thể X mã Xist được và đương nhiên là nhiễm sắc thể bị đột biến DAX1 có tác động đối vận với SOX9, điều hòa các gene không có Xic này sẽ không thể chuyển thành Xi. Nó hoạt theo chiều hướng ngược lại với SOX9. động như một Xa. Tham gia vào cơ chế kiểm soát thành tạo buồng trứng còn Trong khi đó, do chỉ tồn tại có một Xic, nên tế bào mặc có một số gene khác, cũng thuộc nhiễm sắc thể thường định rằng chỉ có một nhiễm sắc thể X ( nhưng lại là nhiễm (FOX L2 hay SOX3). Biểu hiện của các gene này sẽ mở sắc thể có Xic). Nhiễm sắc thể duy nhất có Xic sẽ hoạt các gene chi phối buồng trứng, hoạt động trong bối cảnh động như một nhiễm sắc thể duy nhất, vì thế không sản không có SRY và SOX9. xuất Xist, trở thành một Xa thứ nhì. Do có hai nhiễm sắc thể hoạt động như hai Xa, và không có nhiễm sắc thể nào là Xi, nên mọi gene trên phần còn lại của nhiễm sắc thể X sẽ hoạt động theo cơ chế biểu hiện 2 allele, thay vì theo cơ chế biểu hiện một allele. NHIỄM SẮC THỂ X VÀ CÁC GENE THAM GIA HÌNH THÀNH BUỒNG TRỨNG Gene NR0B1 của nhiễm sắc thể X tham gia vào việc hình thành buồng trứng, thông qua biểu hiện của nó là DAX1. Điều kiện tiên quyết của hình thành buồng trứng là sự vắng mặt của SRY. Hình 6: Các yếu tố chi phối hình thành tinh hoàn và buồng trứng. SRY hiện diện khi có SRY (thuộc Y). SRY điều hòa lên SOX9 (thuộc NST Tuy nhiên, khi đã thỏa điều kiện tiên quyết thì sự hình thường). SOX9 điều hòa lên các gene tinh hoàn, và điều hòa xuống các thành buồng trứng còn chịu sự chi phối của các gene khác. gene buồng trứng. SOX9 bị ức chế bởi DAX1. WNT4 là một gene thuộc nhiễm sắc thể 1, được biểu hiện WNT4 (thuộc NST thường) biểu hiện qua WNT4. WNT4 điều hòa lên bằng protein WNT4. WNT4 chi phối biểu hiện qua DAX1 NR0B1. Khi có đủ 2 copies, NR0B1 sẽ biểu hiện bằng DAX1. DAX1 ức chế SOX9. của NR0B1 thuộc nhiễm sắc thể X. Ngoài ra còn có các gene ngoài allosome khác tham gia như SF1, SOX3, Lưu ý rằng gene NR0B1 chỉ được biểu hiện khi nó có đủ 2 FOX L2… copies. Nguồn: Bộ môn Phụ Sản, Đại học Y Dược TP. HCM TÀI LIỆU ĐỌC THÊM 1. Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition. Tác giả Nussbaum. Nhà xuất bản Elsevier 2016. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1. Thompson & Thompson Genetics in Medicine 8th edition. Tác giả Nussbaum. Nhà xuất bản Elsevier 2016. 2. Morey C, Avner P (2011). The demoiselle of x-inactivation: 50 years old and as trendy and mesmerising as ever. PLoS Genet 7(7): e1002212. doi:10.1371/journal.pgen.1002212. 3. Berletch JB. Genes that escape from X inactivation. Hum Genet. 2011 August ; 130(2): 237–245. doi:10.1007/s00439-011-1011-z. 8
Dẫn nhập về Y học sinh sản Xác định giới tính ở loài người. Bất thường giới tính. Xác định giới tính ở loài người Bất thường giới tính Âu Nhựt Luân Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong, sinh viên có khả năng: 1. Trình bày được các loại giới tính ở loài người 2. Trình bày được cơ chế hình thành một số bất thường giới tính Buồng trứng không có testosterone làm cho cơ quan sinh XÁC ĐỊNH GIỚI TÍNH Ở LOÀI NGƯỜI dục ngoài phát triển theo hướng nữ: giới tính theo kiểu hình lúc sanh là nữ. Một cách tổng quát, trong điều kiện bình thường giới tính ở loài người được xác định như sau: Bất cứ cá thể nào có công thức cặp allosome chứa nhiễm sắc thể Y đều là các cá thể mà tuyến sinh dục sẽ phát triển Trong điều kiện bình thường, hiện diện của nhiễm sắc thể theo chiều hướng tinh hoàn. Y dẫn đến giới tính theo nhiễm sắc thể là nam, giới tính theo tuyến sinh dục là nam, giới tính theo cơ quan sinh dục Nói chính xác là sự hiện diện của SRY là điều cốt lõi để có lúc sanh là nam. kiểu tuyến sinh dục nam, và do đó, có kiểu hình nam. Hiện diện của nhiễm sắc thể Y1 qui định kiểu di truyền là Người nam 46,XY là một cá thể bình thường. có Y: giới tính theo nhiễm sắc thể là nam. Người nam 46,XY là một cá thể bình thường, với tinh Biểu hiện của gene SRY thuộc nhiễm sắc thể Y qui định hoàn phát triển bình thường, nằm trong bìu và cơ quan kiểu tuyến sinh dục là tinh hoàn: giới tính theo tuyến sinh sinh dục ngoài của nam phát triển đầy đủ. Tiến trình sinh dục là nam. tinh xảy ra bình thường. Tinh hoàn sản xuất AMH gây thoái triển hệ thống ống Bất cứ cá thể nào có công thức cặp allosome không chứa Muller và gây phát triển hệ thống Wolff : giới tính theo cơ nhiễm sắc thể Y đều là các cá thể mà tuyến sinh dục sẽ quan sinh trên (trong) là nam. phát triển theo chiều hướng buồng trứng. Cơ quan sinh dục tiếp nhận testosterone để hình thành đặc Nói chính xác là sự vắng mặt của SRY là điều kiện cốt lõi5 điểm sinh dục ngoài, thứ phát của androgen: giới tính theo để có kiểu tuyến sinh dục nữ, và do đó, có kiểu hình nữ. kiểu hình là nam. Người nữ 46,XX là một cá thể bình thường. Trong điều kiện bình thường, vắng mặt của nhiễm sắc thể Người nữ 46,XX là một cá thể bình thường, với buồng Y2 dẫn đến giới tính theo nhiễm sắc thể là nữ, giới tính trứng phát triển bình thường, nằm trong ổ bụng và cơ quan theo tuyến sinh dục là nữ, giới tính theo cơ quan sinh dục sinh dục trong ngoài của nữ phát triển đầy đủ. Cơ quan lúc sanh là nữ. sinh dục ngoài cũng có biểu hiện nữ. Khi không có mặt nhiễm sắc thể Y, biệt hóa giới tính sẽ theo hướng tổng quát sau: LỆCH BỘI NHIỄM SẮC THỂ GIỚI TÍNH 3 Vắng mặt của nhiễm sắc thể Y qui định kiểu di truyền là Người nữ 45,X0 (hội chứng Turner) không có Y: giới tính theo nhiễm sắc thể là nữ. Hội chứng Turner 45,X0 (cổ điển) là một cá thể có kiểu Vắng mặt gene SRY tắt các gene kiểm soát tinh hoàn và hình nữ, kèm theo các bất thường thể chất đa dạng. mở các gene kiểm soát buồng trứng4, làm cho tuyến sinh Bất thường kiểu hình liên quan đến vấn đề bất hoạt nhiễm dục phát triển theo hướng buồng trứng: giới tính theo sắc thể X. tuyến sinh dục là nữ. Hội chứng Turner là một hội chứng khá phổ biến. Tần suất Buồng trứng phôi thai không sản xuất AMH. Do không có của hội chứng là khoảng 1-2% tổng số thai lâm sàng. Tuy AMH nên các cơ quan Mullerian tiếp tục tồn tại và phát nhiên, 99% các bào thai 45,X0 sẽ bị sẩy hay chết. Việc này triển, đồng thời không có testosterone làm cho hệ thống dẫn đến xuất độ của hội chứng Turner lúc sanh chỉ còn vào ống Wolff không phát triển: giới tính theo cơ quan sinh khoảng 1:2500 trẻ sơ sinh nữ. trên (trong) là nữ. Cổ điển, hội chứng được mô tả bởi karyotype 45,X0. Kiểu karyotype cổ điển này thấy trong 45% các trẻ gái có hội 1 Đẳng bội (46,XY), lệch bội (47,XXY)… chứng Turner. 2 Sự hiện diện của hai nhiễm sắc thể X là đảm bảo cho sự hiện diện của 2 copies của NR0B1 để NR0B1 có biệu hiện gene, xem bài Nhiễm sắc thể Y, Tuy nhiên, một phần lớn các trẻ còn lại không có kiểu và bài Nhiễm sắc thể X. karyotype kinh điển như trên. Ở các trẻ này, nhiễm sắc thể 3 Đẳng bội (46,XX), lệch bội (45,X) (47,XXX) 4 Cần có 2 copies của NR0B1. Xem bài Nhiễm sắc thể X. 5 Điều kiện cần nhưng chưa phải là điều kiện đủ 9
Dẫn nhập về Y học sinh sản Xác định giới tính ở loài người. Bất thường giới tính. X chỉ bị mất đoạn một phần. Độ lớn (kích thước) của mất Người nam 47,XXY (hội chứng Klinefelter) đoạn có liên quan đến độ nặng của biểu hiện kiểu hình. Bất thường trong hội chứng Klinefelter 47,XXY liên quan Trẻ thấp bé, với buồng trứng suy thoái rất sớm, cổ bạnh, đến khó khăn trong trao đổi Xp/Yp. tai đóng thấp, bất thường tim trái, bất thường ngón thứ tư của bàn tay… là các biểu hiện đa dạng của hội chứng Turner. Hình 2: Hội chứng Turner với cổ bạnh, tai thấp và tóc mọc thấp Nguồn: researchgate.net Cơ chế bất hoạt nhiễm sắc thể X là cơ chế quan trọng đảm bảo cho không có hiện tượng “quá liều” các gene thuộc X ở người nữ, đảm bảo là các gene thuộc X hoạt động như nhau ở cả người nam và người nữ. Người 45,X0 chỉ có một nhiễm sắc thể X. Hình 1a (trái): Người Nam với karyotype 47,XXY kinh điển Nhiễm sắc thể X duy nhất này sẽ được mặc định là Xa. Và Hình 1b (phải): Người Nam với karyotype khảm 46,XY/47,XXY đương nhiên là do không có nhiễm sắc thể X thứ nhì nên Ghi nhận sự khác biệt về phân bố mỡ, kích thước vú, lông mặt, lông mu sẽ không có Xi. liên quan đến lượng androgen. Như vậy, nếu chỉ căn cứ vào lý thuyết bất hoạt nhiễm sắc Nguồn: C. Alvin Paulsen, trích từ JAMA internal medicine thể X thì việc có hay không có nhiễm sắc thể X thứ nhì Người nam 47,XXY là một cá thể bất thường, với tinh không ảnh hưởng gì đến hoạt động của các gene trên X. hoàn kém phát triển hay thoái triển, dù rằng vị trí của tinh hoàn và chức năng sản xuất testosterone của các tế bào Tuy nhiên, những trường hợp 45,X0 lại là những trường Leydig vẫn bình thường. hợp mà biểu hiện của hội chứng Turner là đầy đủ nhất, trong khi đó, những trường hợp hội chứng Turner với kiểu Tiến trình sinh tinh bị ảnh hưởng nghiêm trọng, do tiến 46,X,X- (X mất đoạn) thì biểu hiện là không hoàn toàn và trình phân bào thứ nhất giảm nhiễm bị ảnh hưởng bởi bất thường có liên quan đến độ lớn của đoạn bị mất. thường trao đổi ở PAR1 (Xp/Yp). Như vậy, không phải tất cả các gene thuộc X đều bị phong Họ có một số khó khăn trong học tập cũng như giao tiếp. tỏa bởi tiến trình bất hoạt. Khoảng 15% cá thể có hội chứng Klinefelter 47,XXY là ở Cũng có thể là do việc không có đủ các allele cần thiết dạng khảm 46,XY/47,XXY. Do tần suất cao tồn tại ở dạng (thuộc Y hay thuộc X) cũng như biểu hiện gene, tính suy khảm, nên các cá thể 46,XY/47,XXY các biểu hiện lâm kém của allele đơn bội (haploinsufficiency), và sự đào sàng ra ngoài rất khác nhau. thoát khỏi bất hoạt X, là cơ chế sâu xa của tính đa dạng trong biểu hiện kiểu hình ở hội chứng Turner. KHÔNG TƯƠNG HỢP GIỚI TÍNH THEO NHIỄM Người nữ 47,XXX SẮC THỂ VỚI GIỚI TÍNH THEO KIỂU HÌNH Người “nam” 46,XX,SRY + (hội chứng de la Chapelle) Biểu hiện của lệch bội 47,XXX liên quan đến bất hoạt không hoàn toàn các nhiễm sắc thể dư thừa. Người có karyotype 46,XX có thể có phenotype là nam, do hiện diện bất thường của SRY trên nhiễm sắc thể X. Lệch bội 47,XXX là một cá thể có kiểu hình nữ, kèm theo các bất thường thể chất đa dạng. Người có phenotype “nam” với karyotype 46,XX là một tình trạng không tương hợp giữa giới tính nhiễm sắc thể và Người nữ 47,XXX có đến 2 nhiễm sắc thể X phải bị bất giới tính kiểu hình cực hiếm, có tần suất chỉ khoảng hoạt. Biểu hiện của các cá thể này tùy thuộc vào mức độ 1:20,000 trẻ trai. Bất thường này có nguyên nhân là sự bất hoạt thành công các nhiễm sắc thể X dư thừa. hiện diện bất thường của SRY trên nhiễm sắc thể X. 10