CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Định nghĩa TREC là các vòng DNA (Deoxyribonucleic acid) ổn định được tạo ra trong quá trình tái sắp xếp đặc biệt của các gen TCR khi tế bào T phân chia và trưởng thành trong tuyến ức. TREC nằm trong tế bào chất của tế bào T, ổn định, không dễ phân huỷ theo thời gian, không phân chia trong quá trình phân bào nguyên phân nên chúng sẽ bị pha loãng khi các tế bào T trưởng thành và tăng sinh. Dường như TREC chỉ có nguồn gốc từ tuyến ức, không có nguồn tái sắp xếp TCR ngoài tuyến ức.
Bởi vì TREC là phân đoạn DNA không sao chép, TREC chỉ bị mất khi tế bào chết, pha loãng qua quá trình phân chia tế bào hoặc cả hai. Vì vậy, số lượng bản sao TREC trên mỗi tế bào T phản ánh chủ yếu sự sản xuất các tế bào T ngây thơ qua tuyến ức và số lượng TREC bình thường là một dấu ấn sinh học cho thấy việc sản xuất đầy đủ9,14,15. Tái sắp xếp TCR Sự tái sắp xếp các gen TCR trưởng thành từ các đoạn gen trong quá trình phát triển tế bào T xảy ra tại tuyến ức hình thành hai loại TCR: - Đa phần (³ 85%) tế bào T máu ngoại vi mang một thụ thể heterodimeric (protein tạo bởi 2 thành phần khác biệt) được tạo thành từ hai chuỗi alpha (α) và beta (β). Dạng TCR này còn được gọi là TCR2 hay TCR cổ điển.
- Phần còn lại của tế bào T mang một loại TCR khác tạo thành từ hai chuỗi gamma (γ) và delta (δ) được gọi là TCR1 hay TCR thay thế. Tuy nhiên, tế bào T biểu hiện TCR1 có thể chiếm ưu thế trong một số mô (ví dụ: niêm mạc ruột)16. Vị trí các gen TCR trên nhiễm sắc thể Locus Nhiễm sắc thể Alpha, delta 14q11 Beta 7q35 Gamma 7p15 Nhiều tế bào T khác nhau có các đặc tính TCR riêng biệt, nhưng chỉ một số lượng hạn chế của các đoạn gen dòng mầm có thể tạo ra sự đa dạng của các phân tử TCR. Vùng biến đổi (V: variable) nhận diện kháng nguyên của các phân tử TCR được mã hóa bởi sự kết hợp của các đoạn gen V, D (diverse) và J (joining) (chuỗi TCRδ và TCRβ) hoặc các đoạn gen V và J (chuỗi TCRγ và TCRα)8.
Trong quá trình sắp xếp, sự đa dạng về chức năng của các khớp mã hóa có được bằng cách chèn và xóa các nucleotide. Các exon V-(D-)J với các khớp mã hóa cùng các exon cố định được phiên mã thành RNA thông tin (mRNA: messenger RNA) và được dịch mã thành protein. Các đầu tín hiệu cũng được nối lại với nhau và tạo thành các sản phẩm DNA vòng bên ngoài nhiễm sắc thể, được gọi là TREC14. Tế bào gốc CD34+ được truyền vào đến khoang tủy xương và biệt hóa thành các tế bào tiền thân lympho sau đó di chuyển đến tuyến ức.
Tại đây, các tế bào tiền thân lympho này trải qua các bước trưởng thành khác nhau từ tế bào âm tính kép (DN: double negative, các tế bào đầu dòng thiếu sự biểu hiện của đồng thụ thể CD4 và CD8) di chuyển thành một quần thể dương tính kép (DP: double positive, tế bào lympho biểu hiện đồng thụ thể CD4 và CD8) và cuối cùng thoát ra khỏi tuyến ức dưới dạng tế bào T dương tính đơn CD4+ hoặc CD8+. Trong các bước trưởng thành này, sự tái tổ hợp V-(D-)J diễn ra cho phép phát triển một nhóm TCR đa dạng dựa trên cả sự tái sắp xếp chuỗi TCRα và TCRβ. Các nghiên cứu về sự tái sắp xếp gen TCR trong quần thể tế bào tuyến ức cho thấy những sự tái sắp xếp này xảy ra một cách có trật tự trong quá trình biệt hóa tế bào T, được xác định về mặt kiểu hình bởi sự biểu hiện của TCR và đồng thụ thể CD4, CD814. Trình tự tái sắp xếp gen TCR8 Các gen TCRδ tái sắp xếp đầu tiên, khoảng 40% tế bào tuyến ức CD34+ CD1a– chưa trưởng thành nhất có sự tái sắp xếp gen không hoàn chỉnh (Dδ2 – Dδ3 và Dδ2 – Jδ1).
Sự tái sắp xếp TCRδ bổ sung xảy ra khi các tế bào biệt hóa từ giai đoạn CD34+ CD1a– sang giai đoạn CD34+ CD1a+, thời điểm mà hầu hết các gen TCRγ và TCRβ vẫn còn ở cấu hình dòng mầm. Các tế bào tuyến ức CD34+ chưa trưởng thành này chỉ đại diện cho 1 – 3% tổng số tế bào tuyến ức, cho thấy rằng hầu như tất cả các gen TCRδ đều được tái sắp xếp trước khi tế bào tuyến ức bắt đầu tăng sinh. Sự tái sắp xếp gen TCRδ được theo sau bởi sự tái sắp xếp gen TCRγ, vì sự giảm mạnh tín hiệu dòng mầm của các gen TCRγ đã được quan sát thấy khi tế bào tuyến ức biệt hoá từ giai đoạn CD34+ CD1a+ thành giai đoạn tế bào chưa trưởng thành CD4+ đơn độc (CD4+ ISP: immature single positive). Những sự tái sắp xếp TCRγ có thể được coi là sự tái sắp xếp sớm vì chúng cũng hoạt động trước khi tế bào tuyến ức tăng sinh.
Sự tái sắp xếp gen TCRβ chưa trưởng thành (Dβ - Dβ và Dβ - Jβ) được bắt đầu trong quần thể con CD34+ CD1a+. Tuy nhiên, hầu hết các tế bào bắt đầu tái sắp xếp các gen TCRβ khi chúng chuyển từ giai đoạn CD4+ ISP sang giai đoạn dương tính kép sớm CD4+ CD8α+ CD8β– (EDP: early double positive). Quá trình chuyển đổi này dường như là một bước quan trọng trong sự biệt hóa tế bào T ở người, bởi vì. 7 trong giai đoạn EDP, các tế bào được chọn để tái sắp xếp các gen TCRβ của chúng một cách hiệu quả.
Sự chọn lọc xảy ra thông qua tín hiệu được gọi là phức hợp thụ thể tiền tế bào T [pre-T cell receptor complex (tạo thành bởi protein TCRβ, gen tiền Tα và các phân tử CD3)]. Phức hợp thụ thể truyền tín hiệu gây ra sự hoạt động và mở rộng của các tế bào T. Tuy nhiên, các protein của gen kích hoạt tái tổ hợp (RAG: recombination-activating gene) được điều hoà giảm xuống (down-regulated), do đó bảo vệ tế bào T khỏi sự tái sắp xếp17. Sự mở rộng của tập hợp con EDP nhỏ (khoảng 1%) dẫn đến các tế bào tuyến ức dương tính kép (CD4+ CD8α+ CD8β+ hay CD4+ CD8+) ở giai đoạn sau chiếm khoảng 50% tổng số tế bào tuyến ức.
Có rất ít thông tin về sự tái sắp xếp TCRα trong tuyến ức. Tuy nhiên, các nghiên cứu về bệnh bạch cầu đã chỉ ra rằng sự tái sắp xếp và phiên mã gen TCRα được tìm thấy chủ yếu ở TCRαβ+ CD3+ của tế bào T trong bạch cầu cấp dòng lympho. Ngoài ra, bằng cách sử dụng phản ứng tổng hợp chuỗi polymerase sao chép ngược (RT- PCR: Reverse transcription polymerase chain reaction), các tác giả đã chỉ ra rằng bản sao TCRα mRNA hiện diện trong tập hợp con CD4+ CD8+ CD27+ CD69+ dương tính kép trưởng thành hơn và không có trong tập hợp con CD4+ CD8α+ CD8β– trước đó. Những dữ liệu kết hợp này gợi ý rằng việc tái sắp xếp gen TCRα xảy ra trong quá trình phát triển muộn của tế bào T và sự bộc lộ TCRαβ trên bề mặt tế bào có lẽ được diễn ra ngay sau sự tái sắp xếp chức năng của TCRα.
Các tế bào tuyến ức TCRαβ+ phải chịu sự chọn lọc tích cực trong giai đoạn dương tính kép CD27+ CD69+ và chỉ trải qua một vài lần phân chia tế bào trước khi chúng trưởng thành thành các tế bào lympho T dương tính đơn (CD4+ hoặc CD8+) ở máu ngoại vi8,17. Sự loại bỏ TCRδ tạo TREC Sự loại bỏ TCRδ là một bước quan trọng trong quá trình trưởng thành của tế bào T tuyến ức. Các đoạn gen TCRδ nằm xen kẽ với các đoạn gen TCRα dọc theo nhiễm sắc thể 14q11. Do đó, việc tái sắp xếp các đoạn gen TCRα sẽ loại bỏ gen TCRδ.
Thật vậy, tất cả các tế bào T TCRαβ+ đều có gen TCRδ của chúng bị loại bỏ trên ít nhất một alen và khoảng 80% trong số các tế bào này bị loại bỏ TCRδ hai alen. 8 Năm 1988, De Villartay và cộng sự đã xác định được hai thành phần được gọi là yếu tố loại bỏ TCRδ, delta-Rec (δRec) và psi-joining-alpha (ψJα), nằm bên sườn phần chính của các đoạn gen TCRδ18. Tần suất cao quan sát được của sự tái sắp xếp δRec- ψJα không có chức năng trong các mẫu tế bào tuyến ức của người, qua đó củng cố tầm quan trọng của sự tái sắp xếp này. Các nghiên cứu trước đây cho thấy sự tái sắp xếp δRec-ψJα xảy ra thường xuyên hơn khoảng 2000 lần trong tế bào T TCRαβ+ so với tế bào T TCRγδ+.
Cần lưu ý rằng một số loại tái sắp xếp loại bỏ TCRδ cũng có thể xảy ra trong tuyến ức, nhưng tái sắp xếp δRec-ψJα cho đến nay là loại tái sắp xếp nổi bật nhất, xảy ra khoảng 70% tế bào tuyến ức. Tái sắp xếp δRec-ψJα xảy ra muộn trong quá trình biệt hóa tế bào T trong tuyến ức, chủ yếu là sau khi tế bào tuyến ức phát triển. Sự tái sắp xếp cuối cùng này của locus TCRαδ tạo ra khớp tín hiệu Vα-Jα TREC, khớp này cũng chứa khớp mã hóa δRec-ψJα. Trong khi các khớp tín hiệu δRec-ψJα theo định nghĩa đại diện cho các TREC, các khớp mã hóa δRec-ψJα có thể vẫn tồn tại trên alen TCRαδ không chức năng trong < 5% tế bào T TCRαβ+8,19.
Trình tự tái sắp xếp trong locus TCRαδ8. 9 Trẻ sơ sinh bình thường có khoảng 1 TREC cho mỗi 10 tế bào T, phản ánh số lượng tế bào T ngây thơ chưa được tăng sinh, trong khi trẻ lớn và người lớn có khoảng 1/100 – 1/1000 tế bào T, phản ánh sự tăng sinh tế bào T ngoại vi bằng cách phân bào nguyên phân. Để nghiên cứu các TREC trong nhóm tế bào T ngoại vi, trước tiên cần xác định được TREC mục tiêu tối ưu. TREC mục tiêu phải phát hiện được trong mẫu tế bào liên quan, đại diện cho sản phẩm của tuyến ức và không được pha loãng trước khi ra máu ngoại vi.
Do đó, các TREC từ sự tái sắp xếp sớm trong các gen TCRδ và TCRγ là không phù hợp. Poulin và cộng sự trước đó đã sử dụng TCRβ TREC để nghiên cứu chức năng tuyến ức. Tuy nhiên, sự mở rộng của tế bào tuyến ức trong giai đoạn EDP dẫn đến các TREC có nguồn gốc từ TCRβ bị pha loãng mạnh mẽ trong tuyến ức, do đó nó được phát hiện ở nồng độ thấp hơn về cơ bản so với TREC từ sự tái sắp xếp gen TCR muộn (tái sắp xếp loại bỏ TCRδ hoặc tái sắp xếp TCRα)20. Ngoài ra, locus TCRα bao gồm nhiều gen Vα và 61 gen Jα dẫn đến sự đa dạng tổ hợp lớn, không chỉ đối với các khớp mã hóa mà còn đối với các khớp tín hiệu.