CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT VÀ UNG THƯ HỌC (Animal cell technology and Oncology)

NỘI DUNG  Mở đầu  Đặc tính của bệnh ung thư  Ung thư và sự điều khiển chu trình tế bào  Sinh học phân tử bệnh ung thư  Nguyên nhân  Đặc tính của bệnh ung thư  Quá trình tiến triển của bệnh ung thư  Phân loại  Miễn dịch chống ung thư  Khả năng phòng và trị bệnhMỞ ĐẦU  Ung thư (Cancer) là sự tăng sinh tế bào vô hạn độ, vô tổ chức, không tuân theo các cơ chế kiểm soát chu trình tế bào thông thường của cơ thể  Khối u (tumor) là bất kỳ nhóm tế bào mô dị thường nào, nó có thể là lành tính (benign) hoặc là ác tính (maligant)Tế bào bình thường Tế bào ung thư Chu trình tế bào được kiểm soát chặt chẽ Không tuân theo Ngừng quá trình sinh sản tại thời điểm thích hợp Sinh sản vô hạn Gắn kết với nhau Không gắn kết với nhau Tự phân hủy khi bị tổn thương Có thể di căn Trở nên chuyên biệt Không biệt hóa Phân biệt tế bào bình thường và tế bào ung thưMỞ ĐẦU  Đa số bệnh nhân ung thư hình thành khối u. Khác với u lành tính (phát triển chậm tại chỗ), các u ác tính (ung thư) xâm lấn các tổ chức xung quanh  U ác tính có thể phát tán đến các vùng khác của cơ thể, thông qua các mạch máu hoặc các mạch bạch huyết tới các tổ chức ở xa, rồi hình thành nên khối u thứ cấp (sự di căn)  Ở hai dạng u lành tính và ác tính, sự mất khả năng điều khiển chu trình tế bào đều thường do các sai hỏng liên quan đến cơ chế di truyềnU lành tính U ác tính Tế bào biệt hóa cao Tế bào ít biệt hóa Phân bào ít và chậm Phân chia nguyên phân liên tục Không xâm lấn xung quanh Xâm lấn lan rộng Không có hoại tử Thường có hoại tử trung tâm Có vỏ bọc Không có vỏ bọc Rất ít tái phát Luôn tái phát Không di căn Di căn Ít ảnh hưởng đến cơ thể Ảnh hưởng nặng đến cơ thể Phân biệt u lành tính và u ác theo đặc điểm sinh họcMỞ ĐẦU  Bản chất di truyền của ung thư:  Khi nuôi cấy các tb ung thư, tất cả các tb con sinh ra đều là các tb ung thư  Các yếu tố gây đột biến mạnh cũng thường là các yếu tố gây ung thư  Một số dạng ung thư biểu hiện di truyền theo dòng họ  Một số bệnh ung thư đã được xác định liên quan đến sai hỏng ở một số gen vàhoặc ở một số NST nhất định  Một số virus gây ung thư do chúng mang các gen mã hóa một số protein liên quan đến sự hình thành và phát triển của các tế bào ung thưUNG THƯ VÀ SỰ ĐIỀU KHIỂN CHU TRÌNH TẾ BÀO  Chu kỳ tế bào (cell cycle) là thời gian diễn ra kể từ thời điểm tế bào được hình thành nhờ phân bào của tế bào mẹ và kết thúc bởi sự phân bào để hình thành tế bào mới.  Một chu trình tế bào thông thường gồm hai pha sinh trưởng (G1 và G2), xen kẽ bởi pha sao chép ADN (S) và pha phân

Thái Nguyên, 2010

Chương 5

CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT

VÀ UNG THƯ HỌC (Animal cell technology and Oncology)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

KHOA CNSH - CNTP

NỘI DUNG

 Mở đầu

 Đặc tính của bệnh ung thư

 Ung thư và sự điều khiển chu trình tế bào

 Sinh học phân tử bệnh ung thư

 Nguyên nhân

 Đặc tính của bệnh ung thư

 Quá trình tiến triển của bệnh ung thư

 Phân loại

 Miễn dịch chống ung thư

MỞ ĐẦU

 Ung thư (Cancer) là sự tăng sinh tế bào vô hạn độ, vô tổ chức, không tuân theo các

cơ chế kiểm soát chu trình

tế bào thông thường của cơ thể

Tế bào bình thường Tế bào ung thư

Chu trình tế bào được kiểm

soát chặt chẽ

Không tuân theo

Ngừng quá trình sinh sản

Tự phân hủy khi bị tổn

Phân biệt tế bào bình thường và tế bào ung thư

MỞ ĐẦU

 Đa số bệnh nhân ung thư hình thành khối u

Khác với u lành tính (phát triển chậm tại chỗ), các u ác tính (ung thư) xâm lấn các tổ chức

xung quanh

 U ác tính có thể phát tán đến các vùng khác của

cơ thể, thông qua các mạch máu hoặc các mạch bạch huyết tới các tổ chức ở xa, rồi hình thành nên khối u thứ cấp (sự di căn)

 Ở hai dạng u lành tính và ác tính, sự mất khả

năng điều khiển chu trình tế bào đều thường do các sai hỏng liên quan đến cơ chế di truyền

U lành tính U ác tính

tục

tâm

Phân biệt u lành tính và u ác theo đặc điểm sinh học

MỞ ĐẦU

 Bản chất di truyền của ung thư:

 Khi nuôi cấy các tb ung thư, tất cả các tb con sinh ra đều là các tb ung thư

 Các yếu tố gây đột biến mạnh cũng thường là các

yếu tố gây ung thư

 Một số dạng ung thư biểu hiện di truyền theo dòng họ

 Một số bệnh ung thư đã được xác định liên quan đến sai hỏng ở một số gen và/hoặc ở một số NST nhất định

 Một số virus gây ung thư do chúng mang các gen mã hóa một số protein liên quan đến sự hình thành và phát triển của các tế bào ung thư

UNG THƯ VÀ SỰ ĐIỀU KHIỂN

CHU TRÌNH TẾ BÀO

 Chu kỳ tế bào (cell cycle) là thời gian diễn

ra kể từ thời điểm tế bào được hình thành nhờ phân bào của tế bào mẹ và kết thúc bởi sự phân bào để hình thành tế bào

mới.

hai pha sinh trưởng (G1 và G2), xen kẽ

bởi pha sao chép ADN (S) và pha phân

bào (M)

UNG THƯ VÀ SỰ ĐIỀU KHIỂN

CHU TRÌNH TẾ BÀO

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

 Chu kỳ tế bào gồm nhiều giai đoạn nối

tiếp nhau Mỗi giai đoạn diễn ra trong một thời gian nhất định

 Giai đoạn trước phải được hoàn thành thì giai đoạn sau mới có thể bắt đầu, và điều kiện của giai đoạn sau cũng phải được

chuẩn bị từ giai đoạn trước.

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

 Mỗi chu kỳ tế bào đều có nhân tố điều chỉnh

trung tâm, giúp cho quá trình xảy ra theo đúng trình tự, thời gian

 Trong đó nhân tố điều chỉnh hoạt động như một chiếc đồng hồ qui định thời gian hoạt động của mỗi quá trình thông qua điểm chốt (check

point)

 Điểm chốt thể hiện cơ chế điều chỉnh theo mối liên hệ ngược, nghĩa là sự hoàn thành của quá trình trước là điều kiện phát động cho quá trình sau

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

các phức hệ sinh hoá tác động theo chu

kỳ

 Hệ thống điều chỉnh lại được kiểm tra nhờ các “phanh” có tác động phanh hãm chu

kỳ ở các điểm chốt đặc biệt

thống điều chỉnh của chu kỳ tế bào, do

các tín hiệu từ môi trường

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

 Các tín hiệu của môi trường tác động lên

hệ thống điều chỉnh bởi 3 điểm chốt chủ yếu:

 Điểm chốt thứ nhất ở giai đoạn G1 ngay trước khi vào giai đoạn S

 Điểm chốt thứ hai ở giai đoạn G2

 Điểm chốt thứ ba ở giai đoạn M

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

họ chủ yếu:

 Họ thứ nhất là các kinase phụ thuộc cyclin-

cdk (cyclin dependant kinase - CDK) có tác

dụng phát động các quá trình tiền thân bằng cách gây photphoryl hoá nhiều protein đặc

trưng tại gốc Serin và Threonin

 Họ thứ hai là các protein đặc biệt gọi là cyclin, đóng vai trò kiểm tra hoạt tính photphoryl hoá của cdk đối với tế bào đích

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

 Đặc tính chu kỳ tế bào ở động vật có vú:

 Chu kỳ tế bào và cơ chế điều chỉnh các chu kỳ

là khác nhau đối với các tế bào biệt hoá khác nhau của cơ thể

 Các tế bào phôi sớm sinh sản rất nhanh, chu

kỳ tế bào ngắn Trong khi đó, các tế bào đã biệt hoá rất khác nhau về thời gian kéo dài

chu kỳ tế bào, của từng giai đoạn của chu kỳ

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

 Đa số TB thường dừng lại ở giai đoạn G1 để biệt hoá

thành các TB đặc trưng cho mô như mô gan, mô thận,

mô cơ…Người ta gọi chúng ở giai đoạn G0.

 Một số TB đã biệt hoá của mô có thể chuyển từ trạng

thái G0 về G1, tiếp tục hoàn thành chu kỳ Ví dụ: TB

gan, tế bào Lympho.

 Có loại TB sau khi được biệt hoá chuyển vào G0 thì

chúng ở trạng thái đó suốt đời Ví dụ: TB thần kinh,

hồng cầu.

 Đa số các TB chỉ phân bào 1 số lần nhất định (ví dụ tế bào người là khoảng 50 chu kỳ), sau đó ngừng phân bào

đi vào thoái hoá và chết

 Một số TB phân bào vô hạn định, trở thành các TB bất

tử Ví dụ: các tế bào đột biến, tế bào ung thư.

Ung thư là sự rối loạn điều khiển

chu trình tế bào

 Các tế bào sống trong môi trường không có các nhân tố sinh trưởng cần thiết thì chúng sẽ không phân bào mà chuyển sang trạng thái G0

 Hiện nay, người ta đã biết được trên 50 chất có tác động như là nhân tố sinh trưởng và chúng

được gọi là mitogen

 Ngoài các nhân tố sinh trưởng là protein, một số loại phân tử khác cũng có vai trò như thế: các

hoocmon steroid

BỆNH HỌC PHÂN TỬ

 Các nghiên cứu về di truyền phân tử cho thấy có

ba nhóm gen liên quan đến ung thư:

 Các gen gây ung thư (oncogene) là các gen khi đột biến trực tiếp có tác động thúc đẩy sự phân chia tế bào VD: oncogene ở virus, hay các proto - oncogene

 Các gene áp chế ung thư hay gen ức chế khối u

(tumor suppressor gene) là các gen khi đột biến mất khả năng ức chế phân bào VD: pRB, p53,

 Các gen sửa chữa (DNA repair gene) là các gen chịu trách nhiệm sửa chữa những sai sót trong hoạt động của hai nhóm gen trên

Gen gây ung thư

 Retrovirus và các gen gây khối u ở virus

 Năm 1910, virus gây khối u cơ trên gà được Peyton Rous phát hiện và được đặt tên là Rous sarcoma virus (RSV)

 Năm 1966, Peyton Rous được tặng giải

thưởng Nobel

Gen gây ung thư

 Retrovirus và các gen gây khối u ở virus

 Sau đó các nhà khoa học đã chứng minh RSV là

retrovirus

 Hệ gen RSV chứa 04 gen gag mã hóa protein cấu

trúc, pol mã hóa reverse transcriptase, env mã hóa protein vỏ và v – src mã hóa kinase Khi cắt bỏ gen v – src, RSV vẫn có khả năng lây nhiễm nhưng mất khả năng gây khối u Do đó, v – src được gọi là oncogene của virus

 Đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện trên 20 gen gây khối u ở retrovirus, ký hiệu chung là v - onc

Gen gây ung thư

 Các gen tiền ung thư của tế bào chủ

 Bằng phương pháp lai phân tử, người ta thấy trong tế bào chủ có nhiều gen “đồng đẳng” với v – onc VD: ở

gà có 11 gen đồng đẳng với v – src.

 Tuy nhiên, có một đặc điểm khác là các gen này

mang cả các đoạn intron Vì vậy, các nhà khoa học cho rằng v – onc có thể có nguồn gốc từ các tế bào chủ đã loại bỏ intron

 Các gen này gọi là gen tiền ung thư (proto -

oncogene), ký hiệu là c - onc

Gen gây ung thư

 Các gen tiền ung thư của tế bào chủ:

 Tại sao các v – onc không có intron còn các c – onc

có intron?

 Câu trả lời phù hợp: Các v – onc có nguồn gốc từ c – onc, do mRNA của c – onc sau khi hoàn thiện có thể được gắn vào hạt virus

 Tại sao v – onc gây khối u, còn các c – onc không

BỆNH HỌC PHÂN TỬ

 Gen tiền ung thư (proto-oncogene) mã hoá cho nhóm protein tham gia vào quá trình hình thành những chất truyền tin (messenger) trong quá trình dẫn truyền tín hiệu tế bào.

 Các chất truyền tin này sẽ truyền tín hiệu "tiến hành

phân bào" tới chính tế bào đó hay những tế bào khác

 Do vậy, khi bị đột biến, các gene tiền ung thư sẽ biểu hiện quá mức (overexpression) các tín hiệu phân chia tế bào, và làm các tế bào tăng sinh thừa thãi, lúc này trở

bào, và làm các tế bào tăng sinh thừa thãi, lúc này trở

thành những gene ung thư (oncogene)

 Các đột biến liên quan đến c – onc ít khi được di truyền

BỆNH HỌC PHÂN TỬ

 Gene áp chế ung thư (tumor suppressor gene)

 Mã hóa các protein ức chế sự tăng sinh tế bào

 Trong các tế bào bình thường, gen này hoạt động kiềm chế tốc độ phân chia tế bào Khi các gen này bị đột biến và trở nên bất hoạt thì tế bào chuyển dạng thành ung thư

 Oncogene và gen ức chế ung thư hoạt động trái

ngược nhau Trong khi đột biến proto – oncogene thành oncogene làm tăng hoạt động của gen thì gen

ức chế ung thư bị đột biến làm giảm hoạt động của

NGUYÊN NHÂN

 Các nhóm hóa chất gây ung thư (chemical carcinogens)

 Các yếu tố phóng xạ như tia X, tia gamma, các đồng vị phóng xạ như H3, C14, P32

 Tác nhân sinh học

 Virus và vi khuẩn có khả năng khởi động sự phát triển ung thư khi lây nhiễm vào tế bào bình thường

ĐẶC TÍNH CỦA BỆNH UNG THƯ

 Khả năng xâm lấn và di căn

miễn dịch

QUÁ TRÌNH TIẾN TRIỂN

 Giai đoạn khởi phát

 Giai đoạn thúc đẩy

 Giai đoạn chuyển biến

 Giai đoạn lan tràn

 Giai đoạn tiến triển (xâm lấn - di căn):

 Quá trình xâm lấn

 Quá trình di căn

PHÂN LOẠI

MIỄN DỊCH CHỐNG UNG THƯ

ung thư:

 Thí nghiệm chứng minh

 Thực nghiệm và lâm sàng

Thí nghiệm ghép u ở chuột:

 Trên chuột thuần chủng, dùng Methyl – cholanthrene (MC) bôi lên da một thời gian có thể tạo ra một

Sarcoma.

 Cứ để khối u phát triển, chuột sẽ chết.

 Nếu cắt bỏ khối u khi chưa có di căn  chuột có thể sống.

 Nếu lấy mảng khối u ghép sang cho chuột khác

(chuột 2 đồng gen  khối u phát triển).

 Nếu mẫn cảm cho chuột 3 (đồng gen) bằng tế bào

u đã bị giết chết, sau 2 – 3 tuần ghép mảnh u  khối u không phát triển.

 Nếu lấy mảnh u ghép trở lại cho chuột 1  khối u

MIỄN DỊCH CHỐNG UNG THƯ

 Cơ thể vật chủ có đáp ứng miễn dịch đặc hiệu chống kháng nguyên ung thư

 Kháng nguyên ung thư là những kháng

nguyên mới xuất hiện không thấy ở tế bào

bình thường của vật chủ

 Ở người, người ta nhận thấy có nhiều điểm

liên quan giữa miễn dịch và ung thư Ví dụ:

Một số ung thư tự nhiên thu nhỏ đầu và biến mất

MIỄN DỊCH CHỐNG UNG THƯ

 Kháng nguyên ung thư

 Dưới tác dụng của hóa chất hay virus, gen của tế bào

bị đột biến.

 Từ gen bình thường thành gen mất khả năng điều

hòa tổng hợp protein và phát triển tế bào.

 Vì vậy các tế bào ung thư xuất hiện các protein mà tế bào bình thường không có hoặc có rất ít.

 Các protein này là các kháng nguyên ung thư và “lạ” đối với túc chủ, là đích của các tế bào miễn dịch tự nhiên và đặc hiệu.

MIỄN DỊCH CHỐNG UNG THƯ

nhiên)

TỔNG QUAN VỀ HỆ MIỄN DỊCH (Overview of the Immune System)

Immune System

HỆ MIỄN DỊCH

Innate (Nonspecific)

MD TỰ NHIÊN

Adaptive (Specific)

MD ĐẶC HIỆU

Nguồn gốc các TB tham gia ĐƯMD

TB nguồn tủy xương

Myeloid Cells

TB máu

Lymphoid Cells

TB Lympho

Neutrophils Macrophages Helper cells

NK cells

Đáp ứng miễn dịch không đặc hiệu

trong ung thư

 Do vai trò của các tế bào miễn dịch không đặc hiệu có khả năng ly giải tế bào ung

thư hoặc kìm hãm, ức chế phát triển.

 Các tế bào này bao gồm: tế bào thực bào,

tế bào NK (Natural kiier).

Hoạt động của tế bào NK

hạt (LGL: Large Granular Lymphocytes)

chứa Perforin và Granzyme.

với nhiều loại tế bào ung thư, tế bào nhiễm virus và các loại tế bào khác mà không cần tính đặc hiệu kháng nguyên.

điều kiện in vitro

Hoạt động của tế bào NK

 Sau khi tiếp xúc với tế bào đích, các hạt

(granules) của tế bào NK chứa perforin và granzyme được giải phóng

thủng TB đích

 Granzyme chủ yếu là protease serin, sau khi xâm nhập TB đich sẽ làm hoạt hóa các enzym nuclease và làm cho TB đích bị

chết

Hoạt động của tế bào NK

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

 Đại thực bào là tế bào rất quan trọng

trong đáp ứng miễn dịch chống ung thư.

 Có vai trò lớn trong việc hoạt hóa và ly giải mạnh các tế bào bình thường và các

tế bào ung thư.

Hiện tượng thực bào (Phagocytosis)

Summary of Intracellular Killing Pathways –

Các con đường tiêu hóa nội bào

Intracellular Killing

Oxygen Dependent

Oxygen Independent

Myleoperoxidase Dependent

Myleoperoxidase Independent

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

 Phản ứng không phụ thuộc enzyme

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

Toxic compounds – Superoxide anion (O2 - ), Hydrogen peroxide (H2O2), Singlet oxygen ( 1 O2) and Hydroxyl radical (OH*)

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

membranes

in the cell wall

Hydrolytic enzymes (proteases) Digests killed organisms

membranes

in the cell wall

Hydrolytic enzymes (proteases) Digests killed organisms

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

Hoạt động của ĐTB trong ung thư

Đáp ứng miễn dịch đặc hiệu trong

ung thư

 Đáp ứng miễn dịch dịch thể

Immunity and Cancer

Đáp ứng miễn dịch đặc hiệu trong

 Người bị ung thư vòm họng do virus EBV

(Epstein Bar virus) Trong huyết thanh có kháng thể dịch thể, kháng thể này có khả năng gắn với tế bào ung thư

Đáp ứng miễn dịch đặc hiệu trong

ung thư

 Kháng nguyên ung thư có khả năng gây đáp ứng miễn dịch tế bào

 Trong thực nghiệm chỉ truyền được tình trạng

miễn dịch đối với ung thư bằng truyền tế bào

 Lympho Th: sau khi nhận được thông tin kháng nguyên (kháng nguyên ung thư), do tế bào APC đem đến chúng được hoạt hóa, sản xuất ra các lymphokin (TFN, IL-2)

 TFN, IL-2 hoạt hóa đại thực bào, tế bào NK  tăng khả năng diệt tế bào ung thư

ĐƯMD đặc hiệu trong ung thư

KHẢ NĂNG PHÒNG VÀ TRỊ BỆNH

 Phòng ngừa: tránh tiếp xúc với các tác

sinh ung thư; thay đổi lối sống; chế độ

dinh dưỡng; dùng thuốc dự phòng

 Điều trị:

 Sinh học

 Hóa trị liệu

 Xạ trị