Chương 3 đột biến gene

ĐỘT BIẾN THÊM hoặc MẤT NHỎ Aính hưởng một vài cặp nucleotide, 20% các đột biến đã biết Đột biến dịch khung frame-shift số nucleotide thêm hoặc mất không phải là một bội số của codon Đột

ĐỘT BIẾN GENE

PGS TS Nguyễn Viết Nhân

MỤC TIÊU

1 Trình bày được các dạng đột biến gene

2 Phân tích được hậu quả của của đột biến gene

trên cấu trúc và chức năng của phân tử protein

1 ĐỘT BIẾN ĐIỂM (point mutation)

Purine (A,G)  Pyrimidine (T, C)

Pyrimidine (T, C)  Purin (A, G)

Đột biến im lặng (silent substitution) : không đổi

nghĩa

Valin: GU U , GU A , GU C , GU G

Đột biến sai nghĩa (missense mutation) : đổi nghĩa

Conservative missense:

ảnh hưởng chức năng của protein

Bệnh hồng cầu hình liềm (Sickle cell)

GAG (glutamic acid)  GUG (valin)

Đột biến mất nghĩa (nonsense mutation)

11%

đột biến bệnh lý ở người

UAU (Tyrosine)  UAA;

UAG

UGG (tryptophan)  UGA

Đột biến chấm dứt sớm

(premature termination mutations)

mRNA nhanh chóng bị phá hủy trước

khi dịch mã.

Đột biến điều hòa (regulatory mutation) = Đột biến phiên

mã

• Trình tự điều hòa (regulatory sequence): enhancer - silencer

• Vùng khởi động (pomotor)

• Vùng kiểm soát locus (locus control region)

 Tăng hoặc giảm mRNA

Vùng khởi động

Bệnh beta thalassemia

Không tổng hợp chuỗi globine beta

Bình thường

Beta Thal

Đột biến hoàn thiện RNA (RNA processing mutation)

Ảnh hưởng quá trình chuyển RNA nguyên thủy thành RNA trường thành

Đột biến vị trí cắt

Nhiều trường hợp beta thalassemia

TÙY VÀO VỊ TRÍ ĐỘT BIẾN

Làm mất đoạn một phần exon Mất nguyên cả một exon Làm cho một phần hoặc toàn bộ một intron có mặt

trong mRNA hoàn chỉnh

2 ĐỘT BIẾN THÊM (insertion) hoặc MẤT

(deletion)

Phân nhóm dựa trên kích thước đoạn thêm hoặc mất

1 ĐỘT BIẾN THÊM hoặc MẤT NHỎ

Aính hưởng một vài cặp nucleotide, 20% các đột biến đã biết

Đột biến dịch khung (frame-shift)

số nucleotide thêm hoặc mất không phải là một bội số của codon

Đột biến trong khung (in-frame)

số nucleotide thêm hoặc mất là một bội số của codon

Đột biến mất đoạn ∆ F508 gây bệnh xơ nang (cystic fibrosis) ở người

Tây Châu Âu (khoảng 70%)

Cơ chế

Do lỗi khi bổ sung giữa hai mạch trong quá trình nhân đôi

Cystic Fibrosis (CF): Bệnh xơ nang

Đột biến gene CFTR, trên NST số 7, Di truyền

kiểu lặn NST thường

•Tỷ lệ ở Mỹ 1 / 2,500 trẻ

•Châu Á (Hawaii) 1 / 90,000 trẻ

•Trung bình trong 25 người da trắng

có 1 người mang gene CF.

•Protein CFTR điều hòa hoạt động của kênh Cl –

Nếu số nucleotide thêm hoặc mất không phải là một bội số

của codon

Đột biến d ch khungị

Frame-shift mutation

2 ĐỘT BIẾN THÊM hoặc MẤT LỚN

Aính hưởng từ 20 bp đến 10Mb, 5 - 6% các đột biến đã biết

> 10Mb có thể quan sát bằng kính hiển vi (đột biến cấu trúc NST)

Cơ chế

1.Trao đổi chéo không cân bằìng giữa các trình tự tương đồng

Haemoglobin Lepore và anti-Lepore; hầu hết các trường hợp α thalassemia,

các hội chứng vi mất đoạn NST (micro deletion), nhiều trường hợp loạn dưỡng cơ

(MD: muscular dystrophy) Duchene (DMD) và Becker (BMD)

DMD: đột biến dịch khung do mất hoặc nhân đoạn lớn trên gen mã hóa cho dystrophin

BMD: đột biến trong khung (biểu hiện nhẹ hơn trên lâm sàng)

Alpha Thalassemia

•Đột biến ở gene HBA1 và HBA2

•Làm mất chức năng từ 1 đến 4 gene mã hóa cho chuỗi alpha globine

•Trường hợp đột biến của 4 gen alpha: thai nước (hydrops fetalis)

Thể Heinz (mũi tên đỏ): đột biến 3 gene alpha Thai nước

2 Đột biến transposon (các yếu tố cơ động)

Gây đột biến đổi khung

Bệnh u xơ thần kinh (neurofibromatosis) type I

Ung thư vú có tính gia đình Ung thư ruột kết (colon cancer)

Máu khó đông A và B

Bệnh u xơ thần kinh type 1

Đột biến gene NF1 Đột biến kiểu trội NST thường,

NST17q11.2

•Tần số 1 /3,500 người (50% do đột biến mới)

•1 đột biến mới trong số 10.500 trẻ sinh sống (80% đột biến mới có nguồn gốc từ bố, không liên quan đến tuổi bố)

•Gene NF1: 350 kb, 60 đoạn exon mã hóa

cho protein neurofibromin (Có nhiều trong não, tủy sống và hệ thần kinh ngoại vi).

Trong giảm phân hoặc trong giai đoạn phát triển phôi sớm số lượng

đoạn lặp tăng lên hàng trăm, hàng ngàn lần

Khi hiện tượng này xảy ra tại một số vùng nhất định trên genome

sẽ gây ra các bệnh di truyền

3 ĐỘT BIẾN ĐOẠN LẶP

Gia tăng không hằng định đoạn lặp 3 nucleotide (triplet)

Hội chứng NST X dễ gãy (FXS: fragile X syndrome):

gia tăng đoạn lặp CGG

Fragile X syndrome (Hội chứng Martin-Bell)

Hội chứng NST X dễ gãy

Đột biến gene FMR1, trên NST X

•Gia tăng đoạn lạp CGG trên NST X

•Hội chứng này chịu trách nhiệm cho 3% đến 6% trường hợp chậm phát triển tâm thần ở nam

HẬU QUẢ CỦA ĐỘT BIẾN GENE TRÊN CHỨC NĂNG CỦA

PROTEIN ?

1 Đột biến trên vị trí khởi động của gen

Giảm ái lực của RNA

polymerase

Giảm sản xuất mRNA làm giảm sản lượng protein

2 Đột biến trên các gene mã hóa cho các yếu tố sao mã

3 Đột biến trên các đoạn thúc đẩy (enhancer)

Giảm hoặc tăng sản lượng protein

Mất chức năng protein

Giảm hoạt tính hoặc số lượng sản phẩm protein bình thường

Đột biến làm mất 50% sản phẩm của protein ở người mang gene đột

biến ở trạng thái dị hợp và không gây bệnh

Bệnh di truyền lặn

Hầu hết các rối loạn chuyển hóa bẩm sinh: Phenylketonuria

Đột biến làm mất 50% sản phẩm của protein ở người mang gene đột

biến ở trạng thái dị hợp và gây bệnh

Bệnh di truyền trội

Bệnh tăng cholesterol máu có tính gia đình

•Sự tích tụ Phenylalanine trong não gây

chậm phát triển tâm thần nặng

Tạo ra sản phẩm protein không có chức năng nhưng có khả năng ức chế chức năng của phân tử protein được tổng hợp

bởi allele bình thường trong kiểu gene dị hợp

Đột biến âm tính trội

(dominant negative mutation)

Bệnh tạo xương bất toàn (osteogenesis imperfecta)

Mất chức năng protein

Osteogenesis imperfecta

Bệnh tạo xương bất toàn

(Đôi khi còn được gọi là bệnh giòn xương [Brittle

Bone Disease] hay hội chứng Lobstein)

Di truyền kiểu trội NST Thường

•Bệnh nhân không có khả năng tạo xương bình thường, thường do thiếu loại protein collagen type I.

•Xương rất dễ gãy

1.Xuất hiện một phân tử protein mới hoàn toàn 2.Biểu hiện quá mức bình thường chức năng của một protein

3 Phân tử protein có biểu hiện không phù hợp

Gây ra bệnh di truyền trội

Bệnh Huntington, loạn sản sụn bẩm sinh

Tăng chức năng protein

Achondroplasia :Loạn sản sụn bẩm sinh

Đột biến gene FGFR3 , di truyền kiểu trội NST thường

CÁC TÁC NHÂN PHÓNG XẠ ION HOÁ

Tách các electron ra khỏi các nguyên tử làm ion bị thay

đổi điện tích

Phá vỡ cấu trúc xoắn kép của DNA

Tác động trên mọi loại tế bào của cơ thể bào gồm cả các

tế bào mầm sinh dục

NGUYÊN NHÂN CỦA ĐỘT BIẾN

CÁC TÁC NHÂN PHÓNG XẠ KHÔNG ION HÓA

Làm cho các electron có thể nhảy từ quỹ đạo trong ra quỹ đạo ngoài của nguyên tử làm chúng trở nên không hằng định về mặt hóa học

Không có khả năng xuyên sâu

Ung thư da: Tác động gây đột biến của tia cực tím

CÁC TÁC NHÂN HOÁ HỌC

Một số các hóa chất có cấu trúc tương tự các base của DNA, chúng dược gọi là các base tương đồng (base analog)

5 - bromouracyl

Một số tác nhân đột biến có thể tự cài vào giữa các base và làm méo cấu trúc xoắn kép của DNA và gây ra đột biến d ch khung ị

(frame-shift mutation) của gen

Thuốc nhuộm acrydine

Một số tác nhân đột biến có thể làm thay đổi trực tiếp các base của DNA và gây ra sai sót trong qúa trình nhân đôi

Nitrous acid, tác nhân này tách nhóm amino ra khỏi cytosine làm base này chuyển thành uracyl,

Tác nhân xuất hiện tự nhiên trong môi trường

Aflatoxin B1

CÁC TÁC NHÂN HOÁ HỌC

Hàng chục loại enzyme khác nhau đã tham gia vào quá trình sửa

chữa các DNA bị tổn thương

sửa chữa 99,9% các sai sót

CƠ CHẾ

1 Ghi nhận một cách chọn lọc

một base bị thay đổi

2 Lại bỏ nucleotide mang nó

bằng cách cắt ra khỏi chuỗi

SỬA CHỮA DNA

Các cơ chế sửa chữa DNA

Các khuyết tật xảy ra ở các hệ thống sửa chữa DNA có thể

dẫn đến sự xuất hiện nhiều loại bệnh

Bệnh khô da nhiễm sắc tố

(xeroderma pigmentosum)

Ở mức độ nucleotide khoảng 10-9 cho mỗi

cặp base trong mỗi lần phân chia tế bào

đối với mỗi locus qua mỗi lần phân chia tế bào

TỶ LỆ ĐỘT BIẾN

NGUYÊN NHÂN

1 Kích thước của các gene hết sức khác nhau

Gene mã hóa cho somatostatin 1.480 bp; Gene teo cơ Duchenne 2 triệu bp.

Các gene càng có kích thước lớn càng có nhiều nguy

cơ bị đột biến hơn các gene có kích thước bé

2 Các điểm nóng đột biến (mutation hot spots)

Tỉ lệ đột biến ở các dinucleotide CG cao khoảng 12 lần hơn các đoạn dinucleotide khác

3 Tuổi của bố

Hội chứng Marfan, tật loạn sản

sụn bẩm sinh

Hội chứng Marfan do các đột biến trên

hóa cho một glycoprotein gọi là

fibrillin-1 , mộ t thành phần trong hỗn

dịch ngoại bào.

H Ã ÚT