SINH HỌC PHÂN TỬ UNG THƯ

Hình 6: Sự tiến hóa theo dòng của tế bào ung thư.Tế bào với 2 đột biến Tế bào với 3 đột biến Tế bào với 1 đột biến Tăng sinh mạnh - Khối u phát triển bằng cách lặp lại đột biến và tăng

Ung thư – một căn bệnh thế kỉ

1/5 trong tổng số người chết hàng năm.

ung thư mỗi năm.

Trước đây: đột biến gen

 Nguyên nhân Hiện nay: rất nhiều mà chủ yếu là ngững biến đổi trên ADN  sai hỏng tiến trình tăng sinh bình thường của tế bào.

Con đường dẫn đến ung thư

t bi ến Tích lũy đột biến Di căn

* Phân biệt u lành tính và ung thư

Nhiều tế bào con

Chết theo chương trình

Ph ân

bào

Biệt hóa

Tuyến bị ung thư xâm chiếm

Vỏ khối u

Hình 1: Sự khác nhau giữa u biểu mô và ung thư biểu mô

(cắt ngang qua ống tuyến)

U lành tính (benign) Ung thư ác tính (malignant)

II Các gen liên quan đến ung thư

I Ung thư – Một quá trình vi tiến hóa

III Cơ chế gây ung thư

IV Điều trị ung thư

Các phần cơ bản

Tế bào bình thường

Tế bào đột biến soma

Đột biến

Tế bào ung thư

Quá trình vi tiến hóa Tích lũy thêm cac đột biến khác:*

Bắt đầu từ một tế bào soma bị đột biến.

I Ung thư – 1 quá

1 Ung thư xuất phát từ một tế bào

I Ung thư – 1 quá

Hình 3: Sự chuyển đoạn giữa NST số 9 và NST số 22.

Một đoạn của NST 22 bị đứt và gắn vào NST số 9 tạo nên NST Philadenphia (22q-) Đây là nguyên nhân gây ra bệnh bạch cầu tủy bào.

I Ung thư – 1 quá

truyền ở cả mức độ phân tử và tế bào.

lũy các đột biến khác tạo nên tế bào ung thư (hiện tượng tiến hóa theo dòng) với tác động của chọn lọc thự nhiên.

Hình 4: Biểu đồ thể hiện

sự phụ thuộc giữa tần số ung thư với tuổi

Nghiên cứu trên phụ

nữ Anh và Wales cho thấy: số ca ung thư mới được phát hiện tỉ lệ thuận với tuổi tác.

Nếu chỉ 1 đột biến đơn lẻ có thể gây nên ung thư thì tỉ lệ này sẽ độc lập với tuổi.

Như vậy, thời gian

đã giúp các tế bào đột biến tích lũy các đột biến tiếp theo.

I Ung thư – 1 quá

Hình 6: Sự tiến hóa theo dòng của tế bào ung thư.

Tế bào với 2 đột biến

Tế bào với 3 đột biến

Tế bào với 1 đột biến

Tăng sinh mạnh

- Khối u phát triển bằng cách lặp lại đột biến và tăng sinh tạo thành dòng tế bào u

ác tính.

- Sau mỗi lần phân bào, tế bào con ưu thế sẽ tích lũy thêm một đột biến khác và tăng sinh cao hơn.

- Tế bào với 3 đột biến sẽ trở thành tế bào ung thư và tăng sinh cao bất thường gây

Hình 7: Bộ NST của tế bào khối u ở vú với sự bất thường

về cấu trúc và số lượng.

NST với sự chuyển vị hai phần: hai đoạn của NST số 8 (xanh) và một đoạn của NST số 17 (tía)

Nhuộm màu thông thường Nhuộm thuốc nhuộm huỳnh quang

I Ung thư – 1 quá

kiểm soát bình thường.

- Ung thư phát triển rất chậm chạp từ những tế bào ôn hòa ban đầu, xâm chiếm

mô xung quanh và có thể nhìn thấy được.

vào mức độ bất ổn định di truyền trong

tế bào do đột biến.

hạn chế vì thế tiếp tục sinh sản.

Tăng sinh không giới hạn tạo khối u

Hình 8: Sự sinh sản bình thường và sự sinh sản quá mức tạo khối u.

Tế bào mầm trải qua quá trình tự làm mới sẽ sinh sản bình thường tạo ra tế bào con cũng là tế bào mầm với khả năng sinh sản bình thường và biệt hóa tốt.

Tế bào mầm không trải qua quá trình tự làm mới sẽ tăng sinh bất thường và phát triển thành khối u.

Một lớp tế bào bình thường bị tiếp xúc hạn chế

Những lớp tế bào ung thư không bị tiếp xúc hạn chế

Đĩa nuôi cấy mô bằng nhựa

Hình 9: Sự mất khả năng tiếp xúc hạn chế của ung thư trong

nuôi cấy tế bào.

Các tế bào bình thường ngừng tăng sinh khi tiếp xúc với thành đĩa nuôi cấy và với các tế bào khác bởi sự hạn chế do tiếp xúc, chỉ hình thành một lớp tế bào.

Các tế bào ung thư thì tiếp tục phát triển bất chấp sự tiếp xúc, tạo ra nhiều lớp tế bào

I Ung thư – 1 quá

G ấp đôi số lượng tế bào khối u

Khối u với 108 tế bào có thể phát hiện bằng X quang

Hình 10: Sự phát triển của u xơ tuyến vú.

Thời gian gấp đôi của khối u là 100 ngày

- Thời gian ủ bệnh tương ứng với thời gian tăng sinh.

I Ung thư – 1 quá

Ung thư biểu mô bắt đầu xâm lấn lớp

cơ bên dưới

Polyp nhô vào trong lòng ruột, tồn tại ôn hòa cùng với tế bào biểu mô ruột bình thường

I Ung thư – 1 quá

Hình 12: Tương quan giữa mức độ không ổn định của gen

với sự tiến triển của khối u.

và phát triển thành ung thư

Tế bào bình thường có sự bất ổn định di truyền rất thấp, sinh sản bình thường

I Ung thư – 1 quá

I Ung thư – 1 quá

- Đôi khi trong quá trình di căn, tế bào ung thư cũng gặp phải một vài trở ngại.

- Kết quả của quá trình di căn là sự hình thành ung thư ở một cơ quan khác.

Thoát khỏi

mô ban đầu

và đi vào mạch máu hoặc mạch bạch huyết

Xâm chiếm một vị trí khác

Sự tồn tại

ở mô khác

Sự phát triển ban đầu ở mô mới

Đã phát triển lâu ngày

Lưu thông

Lưu thông trong mạch

Kẹt lại ở mao mạch hay mạch nhỏ

Vào mô hoặc cơ quan riêng biệt

Hình 13: Những chướng ngại của sự di căn

Hình 14: Quá trình di căn.

hoặc mạch bạch huyết rồi vào dòng máu, chỉ khoảng 1‰ tế bào u ác tính theo máu tới gan, xâm chiếm các tế bào gan, tăng sinh và hình thành u thứ cấp ở gan.

Một số tế bào khối u khi vào hệ bạch huyết bị chặn lại ở các hạch bạch huyết và tạo u thứ cấp ở đó.

Hình 15: Sự tiến triển của ung thư biểu mô ở cổ tử cung.

A & E: Biểu mô bình thường, sự phân bào bị hạn chế bởi lớp nền.

B & F: U mức thấp, sự phân bào thấy ở cả 3 lớp dưới biểu mô, có

dấu hiệu biệt hóa nhưng không hoàn toàn.

C & G: U mức cao, toàn bộ tế bào biểu mô sinh sản nhanh chóng

và không có dấu hiệu biệt hóa.

D & H: U ác tính, các tế bào xuyên qua lớp nền và xâm chiếm tế bào

bên cạnh.

Mô hình tổng thể

Mẫu cắt nhuộm tương ứng

I Ung thư – 1 quá

Hình 16: Những tế bào rời trên bề mặt cổ tử cung.

A: Bình thường: tế bào lớn và biệt hóa tốt, nhân có độ cô đặc cao B: Tiền ung thư: tế bào biệt hóa và sinh sản bất thường, mức độ biệt

Hình 17: Khối u di căn, xâm chiếm mô gan bình thường

Hình thái tổng quát của một phần gan người với những khối u phổi di căn

đang phát triển

Khối u

Hình quan sát dưới KHV quang học cho thấy những tế bào khối u (vùng nhỏ màu sậm) đang xâm chiếm những

tế bào gan bình thường

Những tế bào bình thường

Những tế bào khối u

I Ung thư – 1 quá

Hình 18: Ung thư đại tràng xâm chiếm lớp tế bào cơ

trơn bên dưới biểu

I Ung thư – 1 quá

II Các gen liên quan đến

ung thư

- Có 2 nhóm chính: nhóm gen kích thích (dạng ban đầu là proto-oncogene – gen tiền ung thư) và nhóm gen ức chế khối u (tumor suppressor gene).

- Đột biến làm thay đổi trên những gen thuộc

2 nhóm này là nguyên nhân dẫn đến ung thư.

I Ung thư – 1 quá

Hình 19: Hai nhóm gen liên quan đến ung thư.

Oncogen Đột biến siêu hoạt (trội)

Đột biến bất hoạt (lặn)

Tế bào bình thường

Tế bào đột biến với khả năng sinh sản không giới hạn

Hai tumor suppressor gene

bất hoạt

Đột biến bất hoạt tumor suppressor gene

Đột biến proto-oncogene thành oncogene

Đột biến thứ 2 làm bất hoạt gen còn lại

Tế bào với gen gây ung thư

I Ung thư – 1 quá

Proto-oncogene Đột biến trội Oncogene

Các proto-oncogene (gen tiền ung thư) sau khi bị đột biến trội trở nên siêu hoạt và trở thành oncogene (gen ung thư)

Nghiên cứu trên động vật cho thấy các retrovirus (virut phiên mã ngược) có khả năng hoạt động như vectơ mang oncogene, xen đoạn ADN của chúng vào kề proto-oncogene của tế bào chủ  làm tế bào biến đổi.

abl Protein kinase

(tyrosine) Chuột, mèo Pre-B-cell Bệnh bạch cầu

erb-B Protein kinase

(tyrosine): thụ thể của tác nhân tăng trưởng biểu bì EGF

Gà Bệnh tăng sinh nguyên tủy

bào Sacom xơ

sis Nhân tố tăng trưởng

bắt nguồn từ bản máu, mạch B

Bệnh bạch cầu tủy bào mạn tính (u tủy bào)

Ung thư biểu bì

Bảng 1 Một số oncogene được xác định qua sự hiện diện của retrovirus gây biến đổi

Cách biến đổi proto-oncogene thành oncogene

Có 3 cách chủ yếu biến đổi gen tiền ung thư thành gen ung thư:

- Khuếch đại gen.

- Mất đoạn hay đột biến điểm trong trình tự

Hình 20: Ba cách biến đổi proto-oncogene thành oncogene

Protein siêu hoạt được tạo ra với số lượng bình thường

Protein bình thường được siêu sản xuất

Các gen tăng cường kế cận làm protein bình thường được siêu sản xuất

Sự dung hợp với gen phiên mã mạnh làm protein dung hợp siêu hoạt hoặc được siêu sản xuất

Mất đoạn hay đột biến điểm ở trình tự mã hóa

Khuếch đại gen

Cấu trúc lại nhiễm sắc thể

I Ung thư – 1 quá

Hình 21: Sự thay đổi của NST trong tế bào ung thư do sự

khuếch đại gen hay cấu trúc lại NST

A: Những bản sao Myc - oncogene của proto-oncogene được khuếch đại hình thành những NST nhỏ (được phát hiện nhờ lai tại chỗ) với số bản sao khổng lồ của một đoạn gen, thường thấy ở ung thư biểu bì.

B: Một đoạn gồm nhiều gen Myc được dung hợp với NST bình thường.

I Ung thư – 1 quá

Hình 22: Kiểu nhân và nhân của tế bào u nguyên bào thần kinh ở người với những bản sao gen do sự

khuyếch đại và cấu trúc lại NST

NST bình thường

NST với đoạn gen khuếch đại của

I Ung thư – 1 quá

Hình 23: Hiệu quả tăng cường do cộng tác của oncogene trên

chuột chuyển gen.

proto-oncogene Myc và Ras vào virut ADN gây u tuyến ở chuột Khi chuột mang cả hai oncogene Myc và Ras thì tỉ lệ bị bệnh u tuyến vú cao hơn tổng tỉ lệ mắc bệnh của hai chuột mang gen riêng lẻ

I Ung thư – 1 quá

2 Tumor suppressor gene

Các đột biến trên tumor suppressor gene thường là đột biến lặn  cả 2 allen đều đột biến mới biểu hiện ung thư.

Hai loại gen tumor suppressor gene chủ yếu tham gia điều khiển chu trình tế bào:

- Gen Rb chỉ huy tổng hợp retinoblastoma protein có tác dụng ức chế u nguyên bào võng mạc và một số loại ung thư khác.

- Gen p53 tạo protein p53 (một protein tham gia điều hòa chu trình tế bào) ức chế nhiều dạng ung thư

Hình 24: Quy luật đột biến soma trong u nguyên bào võng mạc

U nguyên bào võng mạc di truyền

U nguyên bào võng mạc bất thường

Đột biến soma

Đột biến soma lần 1

Đột biến soma lần 2

Tế bào soma võng mạc với 1 alen RB+

bình thường và 1 alen RB- đột biến

Tế bào soma võng mạc với

Hình 25: Sáu cách loại bỏ tumor suppressor gene

Mất NST Nhân đôi

NST đột biến

ngược gen

Gen Rb đã bị đột biến

I Ung thư – 1 quá

Hình 26: Cơ chế phân tử của bệnh u nguyên bào võng mạc

(Retinoblastoma)

Không hình thành khối u

Hầu hết mọi người đều phát triển khối u

Kế thừa đột điến gen Rb

Bình thường

Tế bào với 1 Rb bất hoạt

Tăng sinh quá mức gây Retinoblastoma Tăng sinh quá mức gây Retinoblastoma

Hiếm xảy ra

Chỉ 1 trong 30.000 người phát triển thành khối u

I Ung thư – 1 quá

Rb có chức năng ngăn cản diễn tiến chu trình

tế bào bằng cách gắn kết với E2F  ngăn cản sự sao chép các gen cần thiết cho tế bào vào pha S

p53 là một protein quan trọng nằm trong điều hòa chu kỳ tế bào Tổn thương ở ADN  p53 hoạt hóa phiên mã tạo chất ức chế CKI, p16

 ức chế sự hoạt hóa Cdk  Rb không được phosphoryl hóa  làm ngừng chu trình tế bào cho đến khi ADN được sửa chữa hoặc p53 có thể làm cho tế bào chết theo chương trình nếu không còn khả năng sửa chữa ADN.

Cơ chế hoạt động ức chế của Rb và p53

I Ung thư – 1 quá

Hình 27: Cơ chế điều khiển chu trình tế bào bởi protein Rb.

A Mối quan hệ giữa các nhân tố điều hòa.

B Phức hợp Cyclin D1-Cdk4 bất hoạt  Rb không được phosphoryl hóa  tế bào không thể tăng sinh.

C Cyclin D1-Cdk4 hoạt động  phosphoryl hóa Rb  tế

Sự phiên mã gen bia (target gene) điều khiển

tế bào bước vào pha S Gen bia bị bất hoạt, tế bào không vào pha S Gen bia được hoạt hóa,

tế bào vào pha S

Phức hợp protein-kinase hoạt động

Phức hợp protein-kinase bất hoạt

B Tế bào không tăng sinh

C Tế bào tăng sinh

p16 bất hoạtp16 hoạt động

Protein điều chỉnh

Chất ức chế của protein điều chỉnh

Chất ức chế của CdkPhức hợp D1-Cdk

I Ung thư – 1 quá

III Cơ chế gây ung thư

I Ung thư – 1 quá

sửa chữa ADN

2 Sự biểu hiện gen

Những tác nhân gây ung thư (hóa chất, virut,

ra những đột biến trên gen, tạo gen tiền ung thư

 khối u ban đầu.

Những tế bào khối u ban đầu tiếp tục trải qua nhiều biến đổi trên gen (cơ chế sửa chữa ADN, điều hòa hoạt động gen, telomere)  khối u ác tính.

1 ADN thương tổn và ngăn chặn cơ

chế sửa chữa ADN

I Ung thư – 1 quá

sửa chữa ADN

2 Sự biểu hiện gen

3 Virut

4 Chất gây ung thư

5.Enzym telomerase

ADN thương tổn

Tế bào bình thường

Tế bào bình thường phân bào

Tế bào chết

Tế bào với ADN thương tổn tiếp tục phân bào

Hình 28: Test Ames đối với gen đột biến.

Sử dụng vi khuẩn Salmonlla nhân tạo mà cơ chế sửa chữa ADN cần có mặt của histidine (phụ thuộc histidine) Gen đột biến, bị thương tổn có thể đảo ngược sự thiếu sót

để tạo ra vi khuẩn ở dạng nguyên thủy (độc lập với histidine)

Gen đột biến tiềm tàng

Salmonella phụ thuộc histidine

Dịch chiết gan người

Trộn và phủ lên agar không có histidine

Ủ ở

370C trong 2 ngày

Không đột biến

Đột biến

Những khuẩn lạc độc lập với histidine

I Ung thư – 1 quá

sửa chữa ADN

2 Sự biểu hiện gen

3 Virut

4 Chất gây ung thư

5.Enzym telomerase

Hình 29: Sự tái bản ADN thương tổn dẫn đến NST khác thường,

sự khuếch đại gen và mất gen

tổn (mất đoạn gen – đầu tận cùng)  NST thiếu đầu tận cùng telomere  NST dính nhau trong lần phân bào tiếp theo  tiếp tục đứt gãy ở vị trí mới  tạo ra NST không cân đối  được chọn lọc tự nhiên ưu tiên  tạo vùng dị nhiễm sắc trong NST bình thường hay được cắt ra thành những NST nhỏ

Tâm động

Gen A Gãy mạch

Tế bào vào pha S và sinh sản mà không qua sửa chữa ADN

Telomere

Sợi phân bào

Tháo đoạn NST

Tế bào con thiếu telomere

Tiếp tục vào pha

S và sinh sản

Dung hợp nhiễm sắc

tử chị em

vì thiếu telomere

Nối nhiễm sắc tử chị

em và gãy

ở vị trí mới

Tế bào con với đoạn NST gấp đôi nhưng thiếu telomere Telomere

Chu trình cầu tiếp hợp NST

I Ung thư – 1 quá

sửa chữa ADN

2 Sự biểu hiện gen

3 Virut

4 Chất gây ung thư

5.Enzym telomerase

Gen Loại Con đường tác động

Những khối

u với các đột biến (%)

Tumor suppressor Tumor suppressor Tumor suppressor Tumor suppressor

Thụ quan kinase

tyrosine-Dấu hiệu Wnt Phản ứng với sự thương tổn di truyền/ stress Dấu hiệu Wnt Dấu hiệu TGF β

Dấu hiệu TGF β

Sửa chữa ADN

40

5 – 10 60

>60 30 10 15

Bảng 2: Những bất thường trên gen được tìm thấy ở tế bào

ung thư đại – trực tràng

Hình 30: Sự phát triển và di căn của ung thư đại – trực tràng và những

Tế bào khối u xâm chiếm

Tế bào biểu bình thường

Lớp nềnMạch máu

Sự hoạt động của K-Ras trên NST 12

Mất p53 trên NST 17 Những thay đổi khác Gia tăng tính không

ổn định di truyền

Hình 31: Hai khối u với những thương tổn trên những gen

sửa chữa ADN

2 Sự biểu hiện gen

3 Virut

4 Chất gây ung thư

5.Enzym telomerase

Nghiên cứu trên tế bào da chuột ung thư đã phát hiện sự hoạt động tăng cường của các promoter khối u.

2 Sự biểu hiện gen

I Ung thư – 1 quá

sửa chữa ADN

2 Sự biểu hiện gen

 sự tiến triển của khối u.

Nếu điểm đột biến nằm phía sau promoter sẽ không dẫn đến sự tiến triển của khối u do đoạn gen đột biến không được biểu hiện.