Các cơ chế sửa chữa dna và cơ chế hoạt động của thuốc ức chế parp trong điều trị ung thư

https://www.cambridge-Quy trình sửa chữa DNA• Các protein chức năng rà tìm, nhận diện các sai lệch, tổn thương, tại các vị trí chính xác trên DNA • Kêu gọi các protein chức năng khác đến

Các cơ chế sửa chữa DNA và cơ chế hoạt động của thuốc ức chế PARP trong điều trị ung thư

• Có nhiều kiểu tổn thương DNA, gây ra bởi:

• Nguyên nhân nội sinh: sai lệch khi DNA nhân đôi, khi base nucleic bị mất

gốc amin, khi DNA bị oxy hóa bởi các gốc tự do có oxy phản ứng mạnh,

được sản xuất từ sự chuyển hóa của TB…

• Nguyên nhân ngoại sinh: nhiễm bức xạ ion-hóa, tia cực tím, hóa chất/ chất

độc, nhiễm virus, stress từ môi trường, …

Nguyên nhân gây các kiểu tổn thương DNA

Tổn thương

1 base Gãy chuỗi đôi

Liên kết chéo giữa

2 nhánh

Liên kết chéo trong nhánh hoặc adduct kích thước lớn

Cơ chế sửa chữa các loại tổn thương DNA

Cắt bỏ nucleotid sai

urologicalmalignancies.org.uk/post/robert- hanson-breakfast-meeting

https://www.cambridge-Quy trình sửa chữa DNA

• Các protein chức năng rà tìm, nhận diện các sai lệch, tổn thương, tại các

vị trí chính xác trên DNA

• Kêu gọi các protein chức năng khác đến thực hiện việc sửa chữa

• Cắt đoạn DNA ở một phía tổn thương Cắt đoạn DNA ở phía bên kia củatổn thương  Loại bỏ đoạn DNA bị lỗi

• Kêu gọi các protein đến tổng hợp đoạn DNA mới dựa theo quy luật bắtcặp từ nhánh DNA chị em

• Hoàn tất việc sửa chữa

Các phân tử protein tham gia quá trình sửa chữa bắt cặp sai trên DNA (MMR-Mismatch repair)

• Protein của các gen MMR: MSH2, MSH6, MLH1 và PMS2

Nives Pecina-Šlaus (2020) Frontiers-doi: 10.3389/fmolb.2020.00122

Cách MMR sửa lỗi bắt cặp sai trên DNA

1 Phân tử MutSα (phân tử nhị hợp MSH2-MSH6

ở người) hoặc MutSβ khởi động quá trình sửa

chữa bằng cách nhận diện và gắn vào vị trí bắt

cặp sai.

2 Các phân tử khác được huy động đến phức hợp

cell nuclear antigen) và phân tử RFC (replication

factor C)

3 PMS2 (men endonuclease) sẽ khởi động việc

cắt chuỗi DNA gần vị trí kết hợp sai, tạo ra sự

gãy chuỗi đơn và mở lối cho men exonuclease 1

(EXO1) vào cắt rời phần còn lại của đoạn kết

hợp sai

mới dựa theo khuôn mẫu của chuỗi DNA chị

em.

mới này vào chuỗi DNA cũ  hoàn tất quá trình

sửa chữa

Cơ chế sửa chữa base sai/ nucleotid sai

DNA glycosylase là men

nhận diện và lấy đi base bị

tổn thương trên DNA bằng

cách cắt liên kết giữa base và

phân tử đường.

Tiếp sau đó các enzyme tổng

hợp và hàn gắn sẽ tái tạo lại

đoạn nucleotid hoàn chỉnh

NER là cách sửa chữa đặc

hiệu cho các tổn thương lớn

trên DNA, gây ra bởi tia cực

tím

Scholarly Community Encyclopedia-https://www.mdpi.com/1422-0067/20/23/6092/htm

UV light

Vị trí gen BRCA1,2 trong bộ nhiễm sắc thể người

Khác vị trí nhưng cùng kiểu hình

Câu chuyện của Angelina Jolie

Diễn viên điện ảnh Hollywood Angelina Jolie có mẹ, bà

ngoại và dì ruột mất vì UT buồng trứng, UT vú và bản thân Angelina mang gen BRCA1 đột biến

Cô ước tính nguy cơ cô sẽ bị UT vú vì đột biến di truyền này là 87% và nguy cơ UT buồng trứng là 50% trong suốt cuộc đời của cô Cô đã quyết định phẫu thuật đoạn nhũ hai bên và tái tạo tuyến vú vào tháng 2/2013 Tháng 3/2015

cô cắt bỏ thêm 2 buồng trứng

Câu chuyện của cô gây ra một hiệu ứng trên toàn thế giới (Angelina Jolie effect).

Từ năm 2013, xét nghiệm gen trở nên phức tạp hơn,

nhiều gen khác BRCA1, BRCA2, có khả năng gia tăng

nguy cơ UT vú, được phát hiện.

Chức năng của gen BRCA1 và BRCA2

trong điều kiện bình thường

• Ở người, các gen BRCA1 và BRCA2 nắm mã cho việc sản xuất các

protein có chức năng ức chế bướu (tumor suppressor gene)

• BRCA viết tắt từ Breast Cancer, do vai trò của gen này được tìm ra lần

đầu tiên từ bệnh UT vú, năm 1994 và năm 1995

• Mọi người, nam cũng như nữ, ai cũng có gen BRCA1,2 hoạt động để sửa

chữa những nứt gãy của chuỗi đôi DNA, góp phần kiểm soát sự nhân đôi,tăng trưởng tế bào

Vị trí gen BRCA1,2 trong bộ nhiễm sắc thể người

Khác vị trí nhưng cùng kiểu hình

Sửa chữa đứt gãy chuỗi đôi DNA

Cơ chế tái tổ hợp tương đồng

(Homologous recombination repair – HRR)

Cơ chế kết nối không tương đồng

(Non-homologous end joining – NHEJ)

Hệ quả khi gen sửa chữa DNA bị đột biến

Nếu việc sửa chữa DNA không hoàn chỉnh

 sản xuất các protein bất thường, có thể dẫn đến ung thư

Khi nào đột biến BRCA1,2 gây ra ung thư?

• Mỗi tế bào đều có 2 bản

sao (cặp allele) của

BRCA1 và BRCA2

• UT chưa xảy ra nếu chỉ

đột biến trên một allele

Khi cả hai allele bị đột

biến, TB sẽ trở nên ác

tính.

• BRCA 1,2 có độ thấm

cao (penetrance) đối

với vú, buồng trứng , nên

khi bị đột biến, xác suất

cao biểu hiện ra kiểu

hình.

BRCA1 BRCA2

Cơ chế sửa chữa DNA của BRCA1 và BRCA2

(Tái tổ hợp tương đồng - HRR)

1- Đứt gãy cả 2 nhánh của chuỗi DNA

2- Protein BRCA khởi động cắt đoạn DNA bị tổn thương theo hướng 5’ đến 3’

3- Protein BRCA2 phối hợp RAD51 và PALB2 tạo ra các sợi quấn quanh đoạn DNA cần sửa chữa

4- Chuỗi nhiễm sắc thể “chị em” sẽ tiến sát gần để cung cấp thông tin giúp tổng hợp đoạn DNA mới

5- Hai nhánh DNA chuyển vị trí, DNA mới được tổng hợp và hàn gắn lại cho hoàn chỉnh

6- Việc sửa chữa chuỗi DNA hoàn tất

Hệ quả khi gen sửa chữa DNA bị đột biến

Nếu việc sửa chữa DNA không hoàn chỉnh

 sản xuất các protein bất thường, có thể dẫn đến ung thư

Khi nào đột biến BRCA1,2 gây ra ung thư?

• Mỗi tế bào đều có 2 bản

sao (cặp allele) của

BRCA1 và BRCA2

• UT chưa xảy ra nếu chỉ

đột biến trên một allele

Khi cả hai allele bị đột

biến, TB sẽ trở nên ác

tính.

• BRCA 1,2 có độ thấm

cao (penetrance) đối

với vú, buồng trứng , nên

khi bị đột biến, xác suất

cao biểu hiện ra kiểu

hình.

BRCA1 BRCA2

Đột biến mắc phải

• Là đột biến trên tế bào sinh dưỡng

• Một người phát hiện UT và tiền sử giađình trực hệ bậc 1, bậc 2, không aimắc bệnh UT đó

• Khi xét nghiệm tìm đột biến gen chỉthấy đột biến trên tế bào bướu màkhông có trên tế bào bình thường khác

Đột biến di truyền

• Là đột biến dòng mầm, xuất phát từ

tế bào sinh dục từ cha hoặc từ mẹ

• Khi một người phát hiện UT và tiền

sử gia đình trực hệ bậc 1, bậc 2, cónhiều người mắc bệnh UT đó

• Khi xét nghiệm tìm đột biến gen,

thấy ngoài đột biến trên tế bào bướu

của BN, còn có trên tất cả tế bào khác trong cơ thể, dưới dạng dị

hợp tử

Nguy cơ di truyền khi có đột biến gen BRCA 1,2 dòng mầm

• ~ 50% số con của BN có thể mang gen BRCA đột biến

• Người mang gen đột biến có nguy cơ:

BRCA1 BRCA2

• Ung thư vú (cho đến tuổi 80) 50-85% 50-85%

• Ung thư buồng trứng (cho đến tuổi 80) 20-60% đến 27%

• Ung thư vú ở nam Tăng nhẹ ~ 6%

Daly MD: NCCN 2002 genetic/familial high-risk assessment clinical practice guidelines in oncology

Khiếm khuyết tái tổ hợp tương đồng

Tế bào sống sót

Ashworth J Clin Oncol 2008;26:3785 Lord Nat Rev Cancer 2016;16:110 Lord Science 2017;355;1152 Slide credit: clinicaloptions.com

Nguyên lý của “Tính gây chết tổng hợp”- Synthetic lethality

Chức năng bình thường

Bị mất chức năng

Mối liên hệ giữa PARP và BRCA

• Trong các tế bào có BRCA1 hoặc 2 không hoạt động  có sự gia tăng

hoạt động của PARP để sửa chữa các tổn thương DNA

• Ngược lại, trong các tế bào có PARP bị ức chế  con đường tái tổ hợp

tương đồng gia tăng hoạt động

Poly(ADP-ribose) Polymerase (PARP-1) in Homologous Recombination and as a Target for Cancer Therapy - https://doi.org/10.4161/cc.4.9.2031

PARP phát hiện tổn thương chuỗi đơn DNA và huy động các

protein sửa chữa DNA đến vị trí tổn thương

Ohmoto Onco Targets Ther 2017;10:5195 Murai Cancer Res 2012;72:5588-5599

Murai Mol Cancer Ther 2014;13:433-443 Pommier Sci Transl Med 2016;8:362ps17.

Gãy chuỗi đơn DNA PARP1

bám vào DNA

PARP1 huy động các đồng yếu tố

để sửa chữa DNA

Lig3 XRCC1

 PARP1 phải tự biến đổi để tách khỏi DNA

PARP

Slide credit: clinicaloptions.com

Tính gây chết tổng hợp– Synthetic lethality

trong trường hợp đột biến BRCA thể di truyền

• Trong trường hợp đột biến BRCA thể di truyền, các TB UT nếu bị mất

chức năng của cả 2 gen (BRCA và PARP) thì TB UT sẽ chết ( Tính gây

chết tổng hợp – Synthetic Lethality)

• Trong khi các TB khác trong cơ thể vẫn còn 1 allele của gen BRCA chưa

bị đột biến nên vẫn sống sót

Chân thành cảm ơn

Khiếm khuyết tái tổ hợp tương đồng

Tế bào sống sót

Ashworth J Clin Oncol 2008;26:3785 Lord Nat Rev Cancer 2016;16:110 Lord Science 2017;355;1152 Slide credit: clinicaloptions.com

Nguyên lý của “Tính gây chết tổng hợp”- Synthetic lethality

Chức năng bình thường

Bị mất chức năng

Tính gây chết tổng hợp– Synthetic lethality

trong trường hợp đột biến BRCA thể di truyền

• Trong trường hợp đột biến BRCA thể di truyền, các TB UT nếu bị mất

chức năng của cả 2 gen (BRCA và PARP) thì TB UT sẽ chết ( Tính gây

chết tổng hợp – Synthetic Lethality)

• Trong khi các TB khác trong cơ thể vẫn còn 1 allele của gen BRCA chưa

bị đột biến nên vẫn sống sót

Kết luận

• Tế bào ở điều kiện bình thường có những cơ chế để sửa chữa những

kiểu tổn thương trên DNA

• Khiếm khuyết những cơ chế sửa chữa này có thể dẫn đến nhiều loại bệnh

lý, trong đó có bệnh UT

• Ngày nay y học đang nghiên cứu cách ứng dụng chính các khiếm khuyết này như là những đích để điều trị một số bệnh UT, nổi bật hiện nay là

khiếm khuyết chức năng tái tổ hợp tương đồng (HRD) và việc điều trị

bằng thuốc ức chế PARP (PARPi), trong UT vú, UT tụy, UT tuyến tiền liệt

và hiệu quả nhất là UT buồng trứng dịch trong, grad cao

Chân thành cảm ơn