mở đầu, AGA và AGG không mã hóa cho arginine mà là bộ 3 kết thúc [20]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chức năng chính của ti thể Năng lượng và quá trình trao đổi chất Chức năng quan trọng nhất và đặc trƣng nhất của ti thể là sản xuất adenosine triphosphate (ATP) thông qua quá trình phosphoryl oxy hóa, đƣợc thực hiện bởi một loạt các phức hợp protein, đƣợc gọi chung là chuỗi hô hấp, đƣợc mã hóa bởi cả nADN và mtADN. Chuỗi hô hấp hoàn chỉnh chứa ít nhất 87 polypeptide, 13 trong số đó là mã hóa bởi mtADN.
Do đó, phần lớn các tiểu phần của chuỗi hô hấp mã hóa trong nhân và đƣợc đƣa vào ti thể sau khi đƣợc dịch mã trong nhân và đƣa ra bào tƣơng. Phosphoryl oxy hóa là một quá trình sinh hóa độc đáo đƣợc tạo ra từ sự phối hợp chặt chẽ của các protein sản phẩm từ hai bộ gen riêng biệt (nhân và ti thể). Tuy nhiên, quá trình này không phải là cách duy nhất để tạo ra năng lƣợng cho tế bào. Đƣờng phân cũng có thể tạo ra ATP và cung cấp cơ chế thay thế khi quá trình phosphoryl oxy hóa trở nên kém hiệu quả do chuỗi hô hấp có khiếm khuyết.
Khi các electron đƣợc vận chuyển thông qua chuỗi hô hấp trong quá trình hô hấp của ti thể, một số electron có thể trốn khỏi hoặc rò rỉ từ các phức hợp vận chuyển electron và phản ứng với oxy phân tử hình thành các gốc superoxide (O*2-). Dòng chảy electron này xảy ra chủ yếu tại khu phức hợp I và III [27]. Do vậy một đột biến mtADN nhất định có thể gây ra sự thay đổi các thành phần vận chuyển điện tử và tạo ra các gốc superoxide, sau đó chuyển đổi thành các dạng gốc oxy hóa tự do (ROS). Các đột biến mtADN và sự gia tăng quá trình oxy hóa đã đƣợc quan sát thấy trong các loại tế bào ung thƣ khác nhau ở nhiều nghiên cứu độc lập [9].
Tuy nhiên, liên hệ trực tiếp giữa đột biến mtADN và sự gia tăng hình thành ROS trong các tế bào ung thƣ vẫn chƣa đƣợc chứng minh bằng thực nghiệm. Ti thể đóng vai trò điều tiết các cơ chế trung gian quan trọng trong quá trình chuyển hóa carbohydrate, axid amin và axid béo. Chu trình acid tricarboxylic trong chất nền của ti thể là một ví dụ điển hình của một con đƣờng sinh hóa đòi hỏi nhiều cơ chế trung gian quan trọng [13]. Một phần chính của chu trình urê cũng xảy ra trong ti thể, nơi xảy ra quá trình xử lý các axid amin trung gian có chứa nitơ.
Axit béo đƣợc chia nhỏ thành các đơn vị hai carbon bởi một loạt các β-oxy hóa và tiếp tục xử lý để acetyl CoA trong chất nền của ti thể. Nhƣ vậy, chức năng chính của ti thể là tạo 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ATP qua quá trình phosphoryl oxy hóa không phải là thiết yếu, ti thể lại không thể thiếu để các tế bào nhân chuẩn tham gia vào các quá trình trao đổi chất quan trọng khác, điều này giải thích tại sao trong một số tế bào có mất đoạn mtADN, lƣợng ti thể vẫn đƣợc duy trì mà không có các đoạn mtADN mã hóa các protein trong chuỗi hô hấp [12]. Apoptosis và sự tồn tại của tế bào Ti thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình apoptosis, một quá trình sinh học cơ bản của các tế bào chết theo chƣơng trình có kiểm soát. Một số nDNA mã hóa protein tham gia quá trình apoptosis bao gồm cytochrome c, yếu tố cảm ứng apoptosis (AIF), endonuclease G, và Smac/DIABLO đƣợc dự trữ trong ti thể.
Khi những yếu tố protein này đƣợc giải phóng khỏi ti thể, chúng sẽ tạo ra một loạt phản ứng các sinh hóa để kích hoạt những tín hiệu của thác apoptois. Đặc điểm nổi bật của sự khơi mào apoptosis là sự hoạt hóa caspase (một họ proteaza) bởi cytochrome c và apaf-1 với sự có mặt của ATP hoặc dATP [17]. Quá trình chuyển AIF từ ti thể tới nhân để gây apoptosis độc lập với caspase [26]. Quá trình apoptosis đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển bệnh ung thƣ và đáp trả lại tín hiệu của các tác nhân chống ung thƣ.
Tuy nhiên, vai trò chính xác của đột biến mtDNA trong phản ứng chết theo chƣơng trình của tế bào để đáp trả lại tín hiệu của các tác nhân chống ung thƣ vẫn chƣa đƣợc xác định. Những biến đổi ti thể và bệnh ung thƣ Khiếm khuyết chức năng ti thể từ lâu đã đƣợc cho là đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và tiến triển của ung thƣ. Hơn 70 năm trƣớc, Warburg tiên phong nghiên cứu sự biến đổi trong quá trình hô hấp của ti thể với bệnh ung thƣ và đề xuất cơ chế để giải thích ảnh hƣởng của ti thể trong quá trình gây ung thƣ. Ông đƣa ra giả thuyết rằng một sự kiện then chốt trong ung thƣ liên quan đến sự phát triển tổn thƣơng của bộ máy hô hấp, dẫn đến tăng sản xuất ATP trong quá trình đƣờng phân [34].
Cuối cùng, các tế bào ác tính sẽ đáp ứng nhu cầu năng lƣợng bằng cách sản xuất một phần lớn ATP thông qua quá trình đƣờng phân chứ không phải thông qua sự phosphoryl oxy hóa. Do hiệu suất của quá trình đƣờng phân thấp, điều này có thể giải 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thích phần nào các tế bào ác tính có nhu cầu tiêu thụ glucose lớn để đáp ứng nhu cầu năng lƣợng. Điều này trái ngƣợc với các tế bào bình thƣờng, ƣu tiên sử dụng quá trình phosphoryl oxy hóa tạo ATP với hiệu quả cao. Sự khác biệt về trao đổi năng lƣơng giữa các tế bào bình thƣờng và ung thƣ là một cơ sở sinh hóa để phát triển chiến lƣợc điều trị để tiêu diệt tế bào ung thƣ có chọn lọc.
Kể từ khi ấn phẩm đầu tiên của Warburg ra đời hơn nửa thế kỷ trƣớc, đến nay nhiều khiếm khuyết của ti thể liên quan đến ung thƣ đã đƣợc xác định và mô tả. Những khiếm khuyết này bao gồm các thay đổi trong biểu hiện và hoạt động của các tiểu đơn vị trong chuỗi hô hấp và các enzym đƣờng phân và đột biến mtADN [10]. Hầu hết các protein ti thể đƣợc mã hóa bởi ADN nhân (nADN) và đƣa vào ti thể. Mặc dù các quá trình nhân bản của mtADN là không đồng bộ với quá trình nhân bản nADN, số lƣợng tổng thể của ti thể trong mỗi tế bào vẫn tƣơng đối ổn định trong các loại tế bào cụ thể trong quá trình tăng sinh, cho thấy rằng quá trình tạo ti thể quyết định phần lớn bởi các tín hiệu ngoài ti thể.
Sự sinh tổng hợp của ti thể có thể tiếp tục ngay cả khi mất mtADN. Nhƣ vậy, việc nhân bản ti thể không cần sự có mặt của mtADN và không chịu ảnh hƣởng của các đột biến trong mtADN, dẫn đến việc duy trì các khiếm khuyết của ti thể [5]. Đột biến gen ti thể và bệnh ung thư Hầu hết các tế bào của động vật có vú có chứa hàng chục, hàng trăm ti thể, mỗi ti thể lại có chứa 2-10 bản sao mtADN [25]. Trong một cá thể, tất cả các bản sao mtADN thƣờng giống hệt nhau (homoplasmy), nhƣng đột biến có thể phát sinh, duy trì và đƣợc khuếch đại, do đó các bản sao đột biến khác nhau cùng tồn tại với kiểu mtADN ban đầu (heteroplasmy).
Khi tế bào phân chia, bộ gen ti thể đƣợc phân bố ngẫu nhiên cho các tế bào con và do đó, mặc dù chỉ bắt đầu từ một trƣờng hợp heteroplasmy nhất định, nhƣng kết quả có thể tồn tại mức độ khác nhau của heteroplasmy và thậm chí có thể homoplasmy mtADN trong dòng tế bào khác nhau [14]. Bộ gen ti thể đƣợc đi truyền theo dòng mẹ; một vài ti thể từ tinh trùng có thể xâm nhập vào trứng trong quá trình thụ tinh sẽ bị loại bỏ bởi cơ chế phụ thuộc ubiquitin. Trong quá trình tạo trứng, chỉ có số lƣợng nhỏ phân tử mtADN đƣợc 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khuếch đại và truyền tới thế hệ sau con [18]. Hiện tƣợng này giải thích tại sao một đột biến có thể trở thành dạng homoplasmy sau một hoặc một vài thế hệ.
Tỷ lệ biến đổi của mtADN nhanh hơn rất nhiều so với bộ gen nhân. Một trong những nguyên nhân là mtADN không đƣợc bảo vệ bởi protein (histone), thêm vào đó ti thể là nhà máy năng lƣợng của tế bào, nơi xảy ra các quá trình photphoryl oxi hóa và nhiều quá trình sinh hóa khác, các quá trình này tạo ra các gốc oxy hóa tự do ROS nên mtADN rất dễ bị tổn thƣơng. Mặt khác, ti thể lại không có các cơ chế sửa chữa ADN nhƣ nhân, theo một số công bố mtADN đột biến đột biến cao hơn nADN 10- 100 lần [22]. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh các đột biến và thay đổi trong mtADN đóng một vai trò quan trọng trong một số bệnh nhƣ bệnh thần kinh thị giác di truyền Leber, bệnh tiểu đƣờng di truyền theo dòng mẹ, hội chứng Leigh [8].
Bên cạnh các bệnh của ti thể là đột biến dòng mầm, các đột biến soma mtADN cũng đƣợc tìm thấy ở nhiều bệnh khác nhau, đặc biệt là ung thƣ. Với vai trò quan trọng của ti thể trong quá trình chuyển hóa ATP, trong tạo ra các gốc oxy hóa tự do và trong việc điều hòa quá trình apoptosis, đột biến ở mtADN có khả năng ảnh hƣởng đến năng lƣợng tế bào, gây ra tổn thƣơng ADN trung gian qua ROS và làm thay đổi phản ứng của tế bào cảm ứng apoptosis với các tác nhân chống ung thƣ. Ngày càng có nhiều nghiên cứu chứng minh ảnh hƣởng của đột biến mtADN đối với sự phát triển, di truyền và tiến triển của nhiều bệnh ung thƣ khác nhau. Hơn nữa, tần suất đột biến mtADN cao trong ung thƣ và sự xuất hiện của chúng trong giai đoạn sớm của bệnh có thể là chỉ thị để phát hiện sớm bệnh ung thƣ [19].
Ung thư đại trực tràng: Trong một nghiên cứu đã tiến hành trên mô thƣờng và mô u của 10 bệnh nhân ung thƣ đại trực tràng đã phát hiện 7 trong số 10 bệnh nhân có đột biến soma mtADN. Các đột biến đƣợc tìm thấy trên các gen 12S rRNA, 16S rRNA, ND1, ND4L, ND5, Cytochrome b, COXI, COXIIvà COXIII [23]. Phần lớn các đột biến là đột biến điểm soma ở vùng D-Loop không mã hóa trong đó A T và G C và các đột biến mất đoạn đƣợc phát hiện bằng cách kết hợp 2 phƣơng pháp phân tích sợi đôi tƣơng đồng heteroduplex và phƣơng pháp biến tính sợi đơn (SSCP) [1].