Khảo sát đặc điểm phân tử thuộc exon 26 gen apob liên quan đến bệnh cao cholesterol trong máu

• Tác giả: Đỗ Nguyễn Mai Thy
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Huyền Ái Thúy
• Trường học: Trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Khảo Sát Đặc Điểm Phân Tử Thuộc Exon 26 Gen APOB Liên Quan Đến Bệnh Cao Cholesterol Trong Máu
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. Nguyên nhân mắc bệnh cao cholesterol. Một số bệnh lý liên quan đến việc chuyển hoá Cholesterol
• 1.1. Bệnh tim mạch (Cardiovascular Disease, CVD)
• 1.2. Bệnh Familial Hypercholesterolemia (FH)
• 1.3. Nguyên nhân dẫn đến bệnh FH
• 1.4. Các gen có vai trò trong chuyển hoá cholesterol. Hướng nghiên cứu về đặc điểm phân tử gen ApoB và bệnh FH trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.5. Phương pháp PCR kết hợp với giải trình tự xác định tính chất đột biến điểm liên quan đến bệnh FH
• 1.6. Phương pháp phân tích tổng hợp để xác định mối tương quan giữa tính chất đột biến trên một số gen liên quan đến bệnh FH
• 2. VẬT LIỆU – PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Công cụ tin sinh học
• 2.2. Phương pháp
• 2.3. Khai thác dữ liệu
• 2.4. Phân tích tổng hợp (Meta – analysis)
• 2.5. Khảo sát in silico
• 2.6. Khảo sát thực nghiệm
• 2.7. Xác định các dạng biến thể xuất hiện trên vùng trình tự exon 26 gen ApoB thuộc một số mẫu bệnh phẩm
• 2.8. Bước đầu thiết lập cấu trúc mô hình (3D) của chuỗi polypeptide (tương ứng exon 26 gen ApoB)
• 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
• 3.1. Khai thác dữ liệu và phân tích tổng hợp
• 3.2. Tỉ lệ đột biến tổng thể trên bộ dữ liệu về gen ApoB
• 3.3. Tỉ lệ đột biến trên bộ dữ liệu về gen ApoB, xét theo một số phân hạng
• 3.4. Kết quả khảo sát In silico
• 3.5. Khảo sát thực nghiệm phân tích đặc điểm phân tử vùng trình tự exon 26 trên gen ApoB
• 3.6. Đặc điểm phân tử vùng trình tự exon 26 gen ApoB ở một số mẫu bệnh phẩm đại diện
• 3.7. Bước đầu tạo mô phỏng cấu trúc protein ApoB của mẫu bệnh phẩm cao cholesterol đại diện
• 3.8. Tổng hợp dữ liệu phân tử của vùng trình tự 334 bp thuộc exon 26 gen ApoB trong 20 mẫu bệnh phẩm máu
• 4. KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ
• 4.1. Kết luận
• 4.2. Đề nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Gen APOB Exon 26 và Bệnh Cao Cholesterol

Bệnh cao cholesterol máu gia đình (FH) là một bệnh di truyền trội, dẫn đến rối loạn chuyển hóa LDL-cholesterol, làm tăng cao nồng độ LDL-Cholesterol trong máu. Đây là yếu tố nguy cơ gây ra các bệnh lý tim mạch, bệnh động mạch vành sớm. Theo WHO, bệnh lý thiếu máu cục bộ tim và bệnh tim mạch vành thuộc nhóm bệnh lý gây tử vong cao. Rối loạn chuyển hóa lipid, cholesterol trong máu là nguyên nhân hình thành mảng xơ vữa, dẫn đến tắc nghẽn động mạch, làm tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch vành. Gen APOB đóng vai trò quan trọng trong cơ chế chuyển hóa cholesterol, đặc biệt là protein ApoB-100 và ApoB-48. Việc khảo sát đặc điểm phân tử của exon 26 gen APOB có ý nghĩa quan trọng trong việc dự đoán, tiên lượng và chẩn đoán sớm bệnh FH.

1.1. Vai trò của protein APOB trong vận chuyển cholesterol

Protein APOB (Apolipoprotein B) là thành phần cấu trúc chính của LDL. Nó giúp LDL liên kết với thụ thể LDL (LDLR) trên bề mặt tế bào để cholesterol có thể được vận chuyển vào bên trong tế bào. Đột biến trên gen APOB, đặc biệt là ở exon 26, có thể ảnh hưởng đến chức năng của protein này, dẫn đến tăng nồng độ LDL cholesterol trong máu. Công bố của Knott và cộng sự (1985), Brown và cộng sự (1986) đã xác định một số dạng đột biến trên gen APOB gây nên bệnh FH, ở thể bệnh khiếm khuyết Apolipoprotein (Familial defective Apolipoprotein-100 – FDB).

1.2. Mối liên hệ giữa exon 26 gen APOB và rối loạn lipid máu

Exon 26 gen APOB là một vùng quan trọng của gen này, mã hóa một phần của protein APOB cần thiết cho chức năng của nó. Đột biến ở exon này có thể dẫn đến rối loạn chuyển hóa lipid máu, tăng cholesterol xấu (LDL-C) và giảm cholesterol tốt (HDL-C). Nghiên cứu tập trung khảo sát đặc điểm phân tử của exon 26 gen APOB, liên quan đến bệnh cao cholesterol trong máu, giúp cập nhật cơ sở khoa học tiền đề, có ý nghĩa khoa học thực tiễn trong hướng phát triển công cụ sinh học phân tử, hỗ trợ dự đoán, tiên lượng, chẩn đoán sớm bệnh FH.

II. Thách Thức Trong Chẩn Đoán Sớm Đột Biến Gen APOB

Mặc dù vai trò của gen APOB trong bệnh cao cholesterol máu đã được biết rõ, việc chẩn đoán sớm các đột biến trên gen này vẫn còn nhiều thách thức. Các phương pháp xét nghiệm di truyền hiện tại có chi phí cao và chưa được phổ biến rộng rãi ở Việt Nam. Bên cạnh đó, việc giải thích kết quả xét nghiệm và tư vấn di truyền cho bệnh nhân cũng đòi hỏi đội ngũ chuyên gia có trình độ cao. Việc xác định các biến thể gen APOB gây bệnh và phân biệt chúng với các biến thể lành tính là một thách thức lớn. Do đó, cần có các nghiên cứu sâu hơn về đặc điểm phân tử của gen APOB ở người Việt Nam để cải thiện khả năng chẩn đoán và điều trị bệnh cao cholesterol máu.

2.1. Rào cản chi phí và tiếp cận xét nghiệm di truyền

Chi phí cho các xét nghiệm di truyền, đặc biệt là các xét nghiệm giải trình tự gen thế hệ mới (NGS), còn khá cao so với thu nhập trung bình của người dân Việt Nam. Điều này gây khó khăn cho việc tiếp cận xét nghiệm di truyền để chẩn đoán bệnh FH và các bệnh lý di truyền khác. Bên cạnh đó, hệ thống bảo hiểm y tế ở Việt Nam chưa chi trả cho các xét nghiệm này, làm tăng thêm gánh nặng tài chính cho bệnh nhân.

2.2. Yêu cầu chuyên môn cao trong giải thích kết quả phân tích gen APOB

Kết quả phân tích gen APOB có thể phức tạp và khó giải thích, đặc biệt là khi phát hiện các biến thể gen APOB chưa được biết rõ vai trò trong bệnh sinh. Việc xác định liệu một biến thể gen APOB cụ thể có gây bệnh hay không đòi hỏi các chuyên gia có kiến thức sâu về di truyền học, sinh học phân tử và y học lâm sàng. Tư vấn di truyền cho bệnh nhân và gia đình cũng rất quan trọng để giúp họ hiểu rõ về nguy cơ di truyền bệnh và đưa ra các quyết định điều trị phù hợp.

III. Phương Pháp Phân Tích Gen APOB Exon 26 Bằng PCR và Giải Trình Tự

Phương pháp PCR kết hợp với giải trình tự là một công cụ mạnh mẽ để phân tích gen APOB, đặc biệt là vùng exon 26. PCR (phản ứng chuỗi polymerase) cho phép khuếch đại một đoạn DNA cụ thể từ mẫu bệnh phẩm. Sau đó, giải trình tự được sử dụng để xác định trình tự nucleotide của đoạn DNA được khuếch đại. Bằng cách so sánh trình tự này với trình tự tham chiếu, có thể phát hiện các đột biến gen APOB, bao gồm các thay thế nucleotide, mất đoạn hoặc thêm đoạn. Phương pháp này có độ nhạy và độ đặc hiệu cao, cho phép phát hiện cả những đột biến hiếm gặp.

3.1. Thiết kế mồi PCR đặc hiệu cho exon 26 gen APOB

Việc thiết kế mồi PCR là bước quan trọng để đảm bảo rằng chỉ có vùng exon 26 gen APOB được khuếch đại. Mồi PCR phải có trình tự bổ sung với vùng DNA ở hai đầu của exon này. Các yếu tố như chiều dài mồi, nhiệt độ nóng chảy và hàm lượng GC phải được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả khuếch đại cao và tránh khuếch đại các vùng DNA không đặc hiệu.

3.2. Quy trình giải trình tự và phân tích dữ liệu

Sau khi PCR, sản phẩm được làm sạch và chuẩn bị cho giải trình tự. Có nhiều công nghệ giải trình tự khác nhau, nhưng phương pháp Sanger vẫn là phương pháp phổ biến nhất. Sau khi có trình tự, các phần mềm phân tích dữ liệu tin sinh học được sử dụng để so sánh trình tự với trình tự tham chiếu và phát hiện các đột biến. Phân tích tổng hợp được thực hiện để xác định mối tương quan giữa tính chất đột biến trên một số gen liên quan đến bệnh FH.

3.3. Tối ưu hóa điều kiện PCR để tăng độ chính xác

Để đảm bảo kết quả PCR chính xác, cần tối ưu hóa các điều kiện phản ứng, bao gồm: nồng độ Mg2+, nồng độ dNTP, nhiệt độ ủ mồi, thời gian kéo dài và số chu kỳ PCR. Sử dụng enzyme polymerase có độ chính xác cao cũng rất quan trọng để giảm thiểu sai sót trong quá trình khuếch đại. Việc kiểm tra chất lượng sản phẩm PCR bằng điện di trên gel agarose là cần thiết để đảm bảo rằng chỉ có sản phẩm có kích thước mong muốn được sử dụng cho giải trình tự.

IV. Ứng Dụng Nghiên Cứu Xác Định Đột Biến Trên Mẫu Bệnh Phẩm

Nghiên cứu này khảo sát thực nghiệm bằng quy trình PCR kết hợp giải trình tự nhằm xác định đặc điểm phân tử trên vùng trình tự exon 26 gen APOB của một số mẫu máu của bệnh nhân Việt Nam. Các mẫu máu được thu thập từ bệnh nhân có hoặc không có chỉ số sinh hóa máu bất thường về lượng cholesterol trong máu. Mục tiêu là xác định các dạng biến thể xuất hiện trên vùng trình tự này và đánh giá mối liên quan của chúng với bệnh cao cholesterol máu. Bước đầu thiết lập cấu trúc mô hình (3D) của chuỗi polypeptide được mã hóa bởi exon 26 gen APOB thuộc trình tự tham chiếu và thuộc một số mẫu bệnh phẩm máu của bệnh nhân Việt Nam.

4.1. Thu thập và chuẩn bị mẫu bệnh phẩm

Mẫu máu được thu thập từ bệnh nhân có và không có bệnh cao cholesterol máu. DNA được chiết tách từ mẫu máu và kiểm tra chất lượng. Việc đảm bảo chất lượng DNA là rất quan trọng để có kết quả PCR và giải trình tự chính xác. DNA phải có độ tinh khiết cao và không bị phân mảnh.

4.2. Kết quả phân tích đột biến exon 26 gen APOB ở mẫu bệnh phẩm

Sau khi thực hiện PCR và giải trình tự, các kết quả được phân tích để xác định các đột biến có mặt trong mẫu bệnh phẩm. Các đột biến này được so sánh với các dữ liệu đã biết để xác định xem chúng có liên quan đến bệnh cao cholesterol máu hay không. Các đột biến mới được phát hiện có thể cần được nghiên cứu thêm để xác định vai trò của chúng trong bệnh sinh.

4.3. So sánh trình tự gen với cơ sở dữ liệu NCBI

Trình tự gen APOB (NP_000375.3) trên cơ sở dữ liệu NCBI được dùng làm chuẩn để so sánh, tìm ra sự khác biệt với mẫu bệnh phẩm. Dữ liệu và phân tích tổng hợp được khai thác, xác định chỉ số Proportion phản ánh mức độ xuất hiện đột biến điểm trên gen ApoB trên người bệnh cao cholesterol trong máu.

V. Bước Đầu Xây Dựng Mô Hình Cấu Trúc 3D Protein APOB Đột Biến

Việc xây dựng mô hình cấu trúc 3D của protein APOB, đặc biệt là vùng tương ứng với exon 26, có thể giúp hiểu rõ hơn về cơ chế bệnh sinh của các đột biến. Các đột biến có thể làm thay đổi cấu trúc protein, ảnh hưởng đến khả năng tương tác của nó với các protein khác hoặc với lipid. Mô hình cấu trúc có thể giúp dự đoán ảnh hưởng của các đột biến đến chức năng protein và từ đó, phát triển các phương pháp điều trị nhắm vào protein đột biến.

5.1. Sử dụng công cụ tin sinh học để mô phỏng cấu trúc protein

Các công cụ tin sinh học như SWISS-MODEL có thể được sử dụng để xây dựng mô hình cấu trúc 3D của protein APOB dựa trên trình tự amino acid. Các công cụ này sử dụng các thuật toán phức tạp để dự đoán cấu trúc protein dựa trên các cấu trúc đã biết của các protein tương tự. Mô hình cấu trúc được xây dựng phải được kiểm tra và đánh giá để đảm bảo độ tin cậy.

5.2. Phân tích ảnh hưởng của đột biến đến cấu trúc và chức năng protein

Sau khi có mô hình cấu trúc, có thể phân tích ảnh hưởng của các đột biến đến cấu trúc và chức năng protein. Các đột biến có thể làm thay đổi hình dạng của protein, làm gián đoạn các liên kết quan trọng hoặc ảnh hưởng đến khả năng tương tác của protein với các protein khác hoặc với lipid. Phân tích này có thể giúp hiểu rõ hơn về cơ chế bệnh sinh của các đột biến và từ đó, phát triển các phương pháp điều trị nhắm vào protein đột biến.

5.3. Cấu trúc protein ApoB NP_000375.3 trên công cụ SWISS Model

Mô hình cấu trúc 3D protein ApoB được xây dựng trên công cụ SWISS Model cho thấy vùng polypeptide tương ứng với exon 26 gen ApoB có các đột biến khác nhau ở các mẫu bệnh nhân khác nhau. Nghiên cứu này tập trung khảo sát in silico và thực nghiệm nhằm xác định đặc điểm phân tử vùng trình tự exon 26 trên gen APOB, đóng góp vào việc phát triển các công cụ chẩn đoán và điều trị bệnh FH.

VI. Tiềm Năng Ứng Dụng và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Gen APOB

Nghiên cứu về đặc điểm phân tử của exon 26 gen APOB có tiềm năng ứng dụng lớn trong việc chẩn đoán, điều trị và phòng ngừa bệnh cao cholesterol máu. Việc xác định các đột biến gây bệnh có thể giúp chẩn đoán sớm bệnh FH và đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời. Nghiên cứu này cũng có thể mở ra các hướng nghiên cứu mới về cơ chế bệnh sinh của bệnh cao cholesterol máu và phát triển các phương pháp điều trị nhắm vào protein APOB.

6.1. Phát triển các phương pháp chẩn đoán nhanh và chính xác

Các phương pháp chẩn đoán dựa trên PCR và giải trình tự có thể được phát triển thành các xét nghiệm nhanh và chính xác để sàng lọc bệnh FH trong cộng đồng. Các xét nghiệm này có thể được thực hiện trên mẫu máu khô hoặc mẫu nước bọt, giúp đơn giản hóa quy trình thu thập mẫu và giảm chi phí.

6.2. Nghiên cứu về tương tác gen môi trường và phát triển liệu pháp cá nhân hóa

Nghiên cứu về tương tác giữa gen APOB và các yếu tố môi trường như chế độ ăn uống và lối sống có thể giúp phát triển các liệu pháp cá nhân hóa cho bệnh nhân cao cholesterol máu. Các liệu pháp này có thể bao gồm thay đổi chế độ ăn uống, tăng cường tập thể dục và sử dụng thuốc để giảm cholesterol.

6.3. Tầm quan trọng của tư vấn di truyền và phòng ngừa bệnh di truyền

Tư vấn di truyền đóng vai trò quan trọng trong việc giúp bệnh nhân và gia đình hiểu rõ về nguy cơ di truyền bệnh và đưa ra các quyết định phù hợp về sinh sản và chăm sóc sức khỏe. Các biện pháp phòng ngừa bệnh di truyền như sàng lọc trước sinh và thụ tinh trong ống nghiệm có thể được sử dụng để giảm nguy cơ sinh con mắc bệnh FH.