CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. NHIEM SAC THỂ, BỘ NHIÊM SAC THỂ NGƯỜI Các nghiên cứu sinh học phân tử cho thấy toàn bộ chiều dài các phân tử ADN của bộ gen người được qui định bởi ~3 tỷ cặp nucleotid, sắp xếp trong 22 cặp NST tương đồng và 1 cap NST giới tính [30, 48, 64]. Theo Adolph, Dupraw, Evans, Paulson, va Stubblefield thì mỗi NST do một phân tử ADN kết hợp với các phân tử protein histon và protein phihiston xoắn lại ở các mức độ khác nhau [55, 56, 64, 131]. Quá trình xoắn có thể được giải thích theo mô hình Alberts.
Chuỗi xoắn kép phân tử ADN Nhiễm sắc thể ở metaphase | _- ISEE04)0YSS960SG00 | 1400 nm Hình 1. Mô hình mô tả cấu trúc nhiễm sắc thể của Alberts. Môi NST gồm | tam dong, 2 vai (q-vai dài, p-vai ngắn), cuối mỗi vai là phân ADN lặp cấu tạo nên ving vùng đầu mút (telomere) có trình tự nucleotit TTAGGG được lặp lại nhiều lần [6, 10, 131. Khi bi mất phần vùng đầu mút thì các NST có khả nang liên kết với nhau tạo nên các sai hình NST.
Cuối các NST tâm mút còn quan sát thấy các cấu trúc độc lập gắn với NST qua eo thứ cấp, cấu trúc này được gọi là thể kèm (satellite). Hội nghị Denve, Colorado Mỹ, 1960, Hội nghị Paris, 1971, Hội nghị Basel, 1985 thống nhất sắp xếp bộ NST người thành 7 nhóm theo đặc điểm kích thước tương đối và vị trí tam động (hình 1. Nhiễm sắc thể là một cấu trúc không đồng nhất, sử dụng kỹ thuật nhuộm băng giemsa cho thấy số lượng và độ lớn các vạch bát màu có khác nhau ở các cap NST khác nhau. Ngoài kích thước tương đối và vị trí tâm động thì số lượng và độ lớn các vạch bắt màu cũng được sử dụng để phân loại các By: NSTheii mee NHHẬN ke) biểu 98, F*; I N K , 1 8 d i s |H ) onin ' om cz :C ¡m3 ta |BIMHÍN aeT18:- SE — .yy N aaa Ghee Lm — =T- a 8s mN.
8 MN = Bee ESV rae FEPEES et “nnxẾ m Bs ms” " -_ = GÀI 4 — 8 ⁄Z⁄ \ Eine: |. arebn x4 Ee —- _ = hy Sete 8G + Bier did as: a: ao = =: = ee ie a: oe ee! tn rr | | eee =: = =e 2c ss PS = 10 " 2 8 uw — 1 e E P R L = - mm. a š- _ ~ HM OU nụ t7: = == = mm: ms ess ãgR= 16 en _ 8 oH Fa op <i =a5 ¬- 8 m FSO Sp j5 | fay get aa; 106 Inkam ? _ = = wo ee mm.2: Hình thái các = NST 6 Hình 1.3: Hinh thái các cap NST theo các tiêu bản nhuộm giemsa thường[ 1§]. phương pháp nhuộm bang [122, 140].
hn Để nhận biết các cap NST khác nhau người ta còn sử dung phương pháp nhuộm FISH (Fluorescence In Situ Hybridization) [72, 139, 140, 191]. Kỹ thuật nhuộm FISH được thực hiện trên nguyên tắc lai in situ giữa NST với một phan tử ARN nhân tạo gan chất phát quang có trình tự bổ sung cho NST đó, như vậy muốn quan sát được toàn bộ bộ NST người thì phải có 24 phân tử ARN đặc hiệu gắn các chất phát quang khác nhau [196]. Các nghiên cứu phân loại bộ NST người bằng kỹ thuật nhuộm bang và nhuộm FISH của Awa, Ontaki, Kodama đều sắp xếp bộ NST người thành 7 nhóm, có tính đặc trưng phân loại của loài Homo safiens và không khác nhau ở các cộng đồng dân cư trên Thế giới, kết quả giống với Hội nghị Denve, Colorado Mỹ, 1960, Hội nghị Paris, 1971 và Hội nghị Basel, 1985 [36, 140, 142, 154, 164, 122]. SAI HÌNH NHIEM SAC THỂ 1.
Phan loai tac nhan dot bién theo co ché gay ton thuong phan tir ADN Có thể chia tổn thương phân tử ADN ra làm 2 loại: đứt gay chuỗi và các tổn thương tạo cầu liên kết. Dit gãy chuỗi là các tổn thương đặc trưng do bức xa ion hoá gây nên còn tạo cầu liên kết là các tổn thương đặc trưng do tia tử ngoại gây nên [30, 117, 128, 130, 131, 153]. Bức xạ ion hóa gây nên các đứt gãy cấu trúc của phân tử ADN ở mọi mối liên kết: giữa các nucleotit hoặc ngay trong một nucleotit, khung phân tử bazơ nitơ hoặc đường 5 carbon hoặc liên kết các thành phần trong nucleotit (30, 52, 54, 97, 118, 131]. Dit gãy chuỗi bao gồm đứt gãy 1 chuỗi polinucleotit (đứt gãy đơn - SSB) va đứt gãy cả 2 chuỗi polinucleotit (đứt gãy đôi - DSB), ngoài ra bức xạ ion hoá cũng tạo nên các tổn thương bazơ nitơ (BD) [30, 117, 130, 153, 173].
Dạng tổn thương ADN quan trọng do UV gây ra là tạo cầu liên kết đôi pyrimidine trong các vòng cyclobutane như vòng thymidine, vòng cytosine và vòng thymidine-cytosine [60]. Lippke và Franklin phát hiện thấy UV gây tổn thương phân tử pyrimidine-pyrimidone ở vị trí 6-4 của các liên kết T-C, C-C [12, 70]. Peak phát hiện thấy UV có khả năng tạo liên kết giữa ADN và protein tạo nên cầu nối ADN-protein trong tế bào [144]. UV cũng gây tổn thương 6 các phân tử emzym phục hồi làm sai lệch chức năng phục hồi tốn thương phân tử ADN [60].
Các kiểu ton thương phân tử ADN do tác động của các tác nhân dot biến được Muller, Natarajan, Obe [130, 131, 138] mô tả trên hình 1. - Mat purin (do alky! hóa) - Thêm bớt nucleotid (do acridine) Alkyl hóa (do alkyl hóa) - m)- - Tạo liên kết phức tạp (Asen. tia X) Mất pyrimidin (do alkyl hóa)- - - Đứt chuỗi đơn (do phóng xạ) - Tạo phân tử hình khối (do benzen) - Tạo cầu pyrimidin (do UV) - Tổn thương bazơ (do phóng xa) - Đứt chuỗi đôi (do phóng xa) Phosphoester (do alkyl hoá) - - Liên kết 2 chuỗi đơn (do alkyl) Liên kết ADN-Protein (do phóng - Liên kết trong chuỗi đơn (do alkyl xa va alkyl hóa) - hóa) Hình 1.4: Các kiểu tổn thương phan tử ADN do tác động của các tác nhân đột biến. Khác với bức xa ion hóa, các tác nhân đột biến hóa học gây tổn thương phan tử ADN bang các phản ứng alkyl hóa, oxi hóa, methyl hóa, khử amin hóa và khử purin hóa [13, 78, 79, 202, 203].
Bên cạnh đó một số hoá chất có khả năng gây đứt gãy đôi và đứt gãy đơn. Lawrence, Nakayama, Natarajan, Povirk gọi các hoá chất có kha năng gây đứt gay chuỗi phân tử ADN là “hoá chất bắt chước phóng xạ - radiomimetic chemical agents”. Các nghiên cứu cua Lawrence, Nakayama, Natarajan, Povirk đã phát hiện ra bleomicine, phleomicine, neocarzinostatin là những hoá chất có kha nang gây ra các đứt gãy đôi, đứt gãy đơn [125, 130, 147, 193]. Tác nhân đột biến hóa học được chia thành 2 loại: theo cơ chế tác động kiểu bức xa ion hóa và theo cơ chế tác động kiểu bức Xa tử ngoại.
Phân loại sai hình nhiễm sắc thể và cơ chế hình thành Các đứt gãy đơn và đứt gãy đôi tạo ra các đầu mút có khả năng tái liên kết với nhau (chúng tôi gọi các đầu này là “đầu dính”). Mọi kiểu sai hình nhiễm sắc thể đều được hình thành từ sự tái liên kết giữa các “đầu dính”. Sự tái liên kết giữa các mảnh NŠT có “đầu dính” do đứt gãy đôi trước pha S tạo nên các kiểu sai hình NST, sự tái liên kết các “đầu dính” do đứt gãy đơn trước pha S tạo nên các kiểu sai hình nhiễm sắc tử. Trong khuôn khổ nghiên cứu biểu hiện sai hình NST ở metapha thứ nhất ngay sau khi tế bào bị tổn thương phân tử ADN nên chúng tôi sử dụng nguyên tắc phân loại của Savage để nghiên cứu các kiểu sai hình và giải thích cơ chế hình thành chúng.
Sai hình kiểu nhiễm sắc thể (chromosome types) Sai hình NST là các kiểu sai hình xảy ra trên cả 2 nhiễm sắc tử của NST, chúng gồm các kiểu đa tâm, mảnh không tâm, vòng có tâm và không tâm, chuyển đoạn, đảo đoạn. Cơ chế tạo nên sai hình NST được giải thích trên cơ sở thuyết tái hợp (reunion theory) và thuyết trao đổi (exchange theory) các mảnh có “đầu dính” của Evans, Natarajan, Revell, Sax [130, 162, 174, 175]. Các nghiên cứu phân loại sai hình NST của Bender, Chadwick, Leendhout, Savage cũng sử dụng cơ chế tái liên kết giữa các mảnh có “đầu dính” để giải thích cơ chế hình thành các kiểu sai hình NST [30, 126, 127, 128. Sự hình thành các kiểu sai hình NST trong tế bào có các “đầu dính” không những phụ thuộc vào số lượng các đứt gãy đôi mà còn phụ thuộc vào cơ hội gặp nhau của các “đầu dính”.
Ames, Bender, Natarajan, Savage, Shigenaga cho rằng vị trí các đứt gãy đôi trên NST. số lượng đứt gãy đôi trong tế bào và xác suất xảy ra các liên kết tương hỗ giữa các mảnh có “đầu dính” có liên quan chặt chẽ với các kiểu phân loại sai hình NST [13, 30, 45, 131, 173]. Cơ chế hình thành các kiểu sai hình đa tâm, mảnh không tâm, vòng có tâm, vòng không tâm, chuyển đoạn, đảo đoạn là quá trình tái liên kết giữa các mảnh có “đầu dính” va được thực hiện theo các gia thiết đổi chỗ và nội trao đổi. Gia thiết đổi chỗ (interchange): trao đổi xảy ra theo nguyên tắc hoán vi “đầu dính” do các đứt gãy đôi trên các vai của 2 NST.
Giả thiết nội trao đổi (interachange): trao đổi xảy ra theo nguyên tắc hoán vị “đầu dính” do các đứt gãy đôi trong | NST, nội trao đổi có thể xảy ra do các tổn thương cùng vai (intra-arm intrachange) hoặc giữa các tổn thương ở 2 vai của NST (inter-arm intrachange). Trường hợp trao đổi xảy ra do các tổn thương cùng vai của 1 NST có thể là nội trao đổi giữa các tổn thương ở 2 nhiễm sắc tử hoặc giữa các tổn thương ở cùng nhiễm sắc tử của NST [173]. Cơ chế hình thành các kiểu sai hình NST theo các giả thiết Savage là: quá trình tái liên kết các “đầu dính” do | tổn thương đứt gãy đôi đơn không xảy ra sẽ tạo nên sai hình mảnh không tâm va I NST ngắn hơn, sự tái liên kết các mảnh có “đầu dính” do nhiều tổn thương đứt gãy đôi để hình thành các kiểu sai hình NST khác nhau được giải thích trên các hình 1. -_~ Trường hợp trong tế bào có | đứt gãy đôi kép trên 2 NST (hình 1.5a): Từ I DSB kép tạo thành 4 “đầu dính” Đứt gãy đôi này tạo ra 4 “đầu dính”.