Tài liệu trình bày cơ chế biểu hiện gen trong thực vật, nhấn mạnh vai trò của protein và các yếu tố điều hòa trong quá trình tổng hợp RNA và protein. Nó cũng đề cập đến sự đa dạng của thực vật và hệ miễn dịch ở động vật có vú, đặc biệt là cơ chế tạo ra kháng thể qua việc sắp xếp lại genome trong tế bào B. Cuối cùng, các giả thuyết về sự đa dạng của kháng thể được nêu ra, cùng với cấu trúc và chức năng của chúng.

1. Chương 1.
Cơ chế biểu hiện gen trong thực vật
1. Khái niệm cơ bản
- Sự đa dạng vĩ đại và chức năng tuyệt vời của thực vật
- Quá trình tích lũy đặc thù vị trí của những protein đặc thù phản ảnh quá
trình điều hòa.
- Quá trình tổng hợp, vận chuyển và tan dã các phân tử protein và RNA
được điều hòa rất nghiêm ngặt.
- Điều hòa theo cả 2 cơ chế là phản ứng tăng cường và ức chế
- Các yếu tố promoter, enhancer, silencer, các yếu tố phiên mã và các yếu
tố gây biến đổi nhiễm sắc đóng vai trò làm tăng cường hay ức chế phiên
mã gen.
- Cơ chế điều hòa gen có liên quan đến phản ứng với auxin
- Cắt nối thay thế nhau các tiền phiên mã có liên quan đến điều hòa biểu
hiện gen.
- Điều hòa thông qua quá trình dịch mã tạo protein và vận chuyển protein.
- Thiết kế promoter và các yếu tố phiên mã sử dụng trong công nghệ sinh
học nhằm điều hòa hoạt động của gen.
- Kiểu hình là kết quả tương tác giữa kiểu gen với các yếu tố môi trường
bên trong và ngoài cơ thể, trong đó kiểu gen đóng vai trò quyết định, môi
trường đóng vai trò quan trọng.
- Sự thành công của cây trồng được đánh giá thông qua một số thông số:
1

2. + Thông qua khả năng sinh sản, sinh ra được nhiều con cháu, hệ số nhân
cao.
+ Các con cháu lại có khả năng sống sót và tồn tại rồi phát triển tốt, tỷ lệ
sống sót cao.
+ Rồi các con cháu này lại tiếp tục tồn tại và sống sót cao và cứ như vậy.
- Khả năng thành công của thực vật đòi hỏi khả năng thích ứng của sinh
vật đó với các điều kiện môi trường khác nhau và luôn thay đổi từ khi hạt
nẩy mầm đến khi cây có khả năng sinh sản tạo ra hạt mới và phát tán đi.
- Hầu hết các chức năng của thưc vật đều được thực hiện thông qua hoạt
động của các protein.
- Biểu hiện của gen được phản ảnh thông qua quá trình sinh ra những
protein đặc thù và sự điều khiển chúng thông qua các khía cạnh là chúng
được sinh ra ở đâu, khi nào sinh ra và sinh ra được bao nhiêu.
2. Sự đa dạng vĩ đại và chức năng tuyệt vời của thực vật
- Cây Sequoiadendron giganticus trưởng thành có kích thước 2.5 x 1011
lớn
hơn hạt của nó.
- Một chồi măng có thể sinh trưởng tới 1 m/ 1 ngày.
- Khả năng thoát hơi nước, một cây ngô trong chu kỳ sống có thể thoát hơi
nước hết 200 lít.
- Sinh sản bao gồm quá trình ra hoa, kết hạt, hình thành quả và sự chín của
hạt.
- Đặc tính phẩn quang của cây bao gồm tính hướng và phản ứng quang chu
kỳ.
2

3. - Thực vật có khả năng chống lại sâu bệnh và sự xâm thực bởi các thực vật
khác.
- Thực vật có khả năng chống chịu lại các điều kiện vô sinh bất thuận như
hạn, nhiệt độ quá thái và các điều kiện về đất.
- Hiện tượng cây Crocus nẩy chồi chui lên từ lớp tuyết sâu, cây nắp ấm
thuộc họ ly tiết ra các chất bay hơi nhằm hấp dẫn các loại ruồi nhặng đến
để ăn thịt, tiêu hóa côn trùng để lấy phospho và đạm.
3. Cơ chế điều khiển biểu hiện gen
Dòng thông tin di truyền từ gen (DNA) phiên mã tạo thành RNA dịch mã
thành Protein, các protein này sau đó biến đổi sau dịch mã để đi vào ty
thể, nạp thể, các cơ quan tử khác hay xuất ra ngoài tế bào. Tất cả các quá
trình đó đều được điều khiển tăng cường, ức chế hay bị phân rã ở các
mức độ bao nhiêu, khi nào và ở đâu.
3.1. Nhiễm sắc chất và quá trình điều hòa phiên mã
- DNA nằm trong nhiễm sắc thể, cấu trúc với protein histone tạo thành các
nucleosome (146 bp quấn quanh 8 phân tử protein histone) và solenoid.
Trình tự DNA nào nằm trong các cấu trúc này thường khó hoạt động và
không phiên mã.
- Thí nghiệm chứng minh rằng, những vùng genome nào sẵn sàng phiên
mã thường có đặc tính mẫn cảm với các enzyme deoxyribonuclease, các
enzyme này có tác dụng làm lỏng lẻo cấu trúc nhiễm sắc.
- Nếu acetyl protein histone tại vùng đuôi amino acid, có ảnh hưởng đến
quá trính bám gắn của protein với DNA do đó DNA nhân được cởi nút đã
làm tăng cường quá trình phiên mã các vùng DNA lân cận.
3

4. - Phiên mã gen có liên quan mật thiết đến cấu trúc của gen, đặc biệt là ở
vùng promoter, hộp CAAT và TATA (-25 - -30), một số gen có thể trình
tự 5UTR và 3UTR hoặc intron thậm trí ở cả những vùng mã hóa cũng có
thể tham gia vào thành phần promoter.
Hình. Sơ đồ gen eukaryote điển hình
- Hoạt động của enzyme RNA polymerase II chịu tác động tham gia bởi
nhiều yếu tố phiên mã TF đặc thù khác. Sơ đồ và các bước tác động theo
thứ tự DNA + TFIID, TFIIB, TFIIA, RNA Pol II, TRIIE và TFIIH.
Chương 16
KIỂM TRA DI TRUYỀN PHẢN ỨNG MIỄN DỊCH
- Khi một chất ngoại lai mang đặc tính kháng nguyên (antigen, thí dụ như protein vỏ
của virus) được đưa vào máu của động vật có vú chúng sẽ kích thích tạo cơ chế bảo
vệ hay phản ứng miễn dịch, kết quả sẽ tổng hợp nên một nhóm các protein cực quan
trọng được gọi là các kháng thể (antibody).
- Mỗi kháng thể có một kháng nguyên tương ứng đặc hiệu. Các kháng thể này sẽ bọc
đặc thù lấy kháng nguyên tương ứng sau đó tạo điều kiện thuận lợi để đưa chúng qua
máu ra khỏi cơ thể.
- Các nhà khoa học đã khám phá ra có một số trình tự DNA mã hóa một khối lượng
khổng lồ các kháng thể trong hệ thống miễn dịch ở động vật có vú. Các trình tự
DNA này được lắp ghép trong quá trình phân hóa ở trong các tế bào sản sinh kháng
thể bằng cách xẩy ra các sự kiện sắp xếp lại genome (genome rearrangements).
1. Thành phần của hệ thống miễn dịch
- Tế bào bạch cầu của máu động vật đóng vai trò trung tâm trong phản ứng miễn dịch
của động vật có xương sống.
4

5. - Có ba loại tế bào bạch cầu khác nhau đảm nhiệm phản ứng miễn dịch đó là:
+ Tế bào lympho B (lymphocyte B) gọi tắt là tế bào B vì nó được sinh ra ở trong các tế
bào tủy sống của động vật có xương sống.
+ Tế bào lympho T (lymphocyte T) được gọi tắt là tế bào T vì nó được sinh ra từ tuyến
giáp trạng (thymus gland).
+ Tế bào đại thực bào (macrophage).
- Hình 16.1 mô tả sơ đồ các thành
phần của hệ thống miễn dịch ở
động vật có xương sống.
- Kháng thể được tổng hợp bởi tế
bào B, khi được tiết ra ngoài tế
bào hoặc nằm trên bề mặt màng
tế bào B tùy theo một số điều
kiện nhất định.
- Trong quá trình phản ứng miễn
dịch thể dịch (humoral immune
response) thì các kháng thể được
sinh ra từ tế bào B sẽ ra ngoài tế
bào và bọc đặc thù lấy kháng
nguyên nằm tự do ở trong máu
và kết dính (agglutination) chúng
lại.
- Phức hợp giữa kháng thể với
kháng nguyên này sau đó được
đại thực bào nuốt vào bên trong
rồi bị phân rã (hình 16.1 trái)
- Tế bào T làm môi trường trung
gian cho quá trình phản ứng
5

6. miễn dịch của tế bào. Tế bào T tổng hợp nên chất tiếp nhận (protein thụ cảm) với
kháng nguyên, chất tiếp nhận nhận biết kháng nguyên nằm trên bề mặt màng tế bào
T có tác dụng kích hoạt quá trình phân rã những tế bào nào có chứa các kháng
nguyên, như các tế bào bị nhiễm virut chẳng hạn như hình 16.1 (phải).
- Các tế bào T khác nhau có biểu hiện chức năng này hơi khác nhau.
- Tuy nhiên, nhìn chung quá trình tấn công của tế bào T vào những tế bào mang kháng
nguyên yêu cầu có sự tham gia của cả chất (protein) tiếp nhận tế bào T đặc thù
(specific T cell receptor) với một hoặc một số chất (proteins) tiếp nhận kháng nguyên
tương hợp (histocompatibility antigen receptor).
- Cơ chế của mối tương tác giữa chất tiếp nhận tế bào T đặc thù với chất tiếp nhận
kháng nguyên tương hợp sẽ được mô tả ở các phần dưới đây.
2. Nguồn sinh kháng thể khổng lồ
- Có sự đa dạng vô tận các kháng thể có thể được tổng hợp nếu khi gặp các kháng
nguyên trong cơ thể động vật mà trước đó chúng có thể chưa từng gặp.
- Làm thế nào một cơ thể động vật có thể tổng hợp được kháng thể nhất định để bọc
rất đặc thù đối với mỗi một kháng nguyên đặc thù mà trước kia nó chưa bao giờ
biết hoặc đối mặt với kháng nguyên đó.
- Làm thế nào một cơ thể có đầy đủ các thông tin di truyền để mã hóa cho các trình
tự amino acid của một đa dạng vô tận của các kháng thể.
- Chúng ta không thể biết được có bao nhiêu kháng thể mà đời một người hay một
con chuột có thể tạo ra, nhưng chúng ta biết chắc rằng con số này sẽ rất lớn, được
tính bằng hàng triệu.
- Chắc chắn rằng không thể tất cả các gen trong một cơ thể con người có bộ genome
chứa 3,2 tỷ bp đều sinh ra kháng thể.
a/ Các giả giả thuyết về khả năng tạo ra tính đa dạng kháng thể
Hiện có 3 giả thuyết đưa ra giải thích hiện tượng này:
6

7. + Thuyết dòng mầm (germ line) cho rằng có một gen dòng mầm tách biệt đối với mỗi
một kháng thể. Thuyết này đúng về khía cạnh tổng hợp protein nhưng lại phi lý vì
không có đủ DNA để đảm nhận chức năng này.
+ Thuyết đột biến Soma cho rằng chỉ có một hoặc một vài gen dòng mầm đặc thù
cho mỗi một lớp kháng thể chủ yếu và tính đa dạng được sinh ra bởi tần số cao của
đột biến soma. Là đột biến xảy ra trong các tế bào soma sản sinh ra kháng thể hoặc
xẩy ra ở trong các tế bào mầm sinh ra tế bào tạo kháng thể. Tuy nhiên, hiện chưa
có một phát hiện nào cho thấy có một tần suất đột biến cao chỉ xẩy ra ở trong
những gen nhất định và chỉ ở trong những loại tế bào nhất định. Tuy nhiên, bằng
cơ chế nào quá trình đó xẩy ra và làm thế nào quá trình đó được điều khiển thì vẫn
không rõ.
+ Thuyết gen nhỏ (minigene) cho rằng sự đa dạng của kháng thể là do sự thay đổi
của nhiều đoạn nhỏ của một vài gen tạo thành một vô số các tổ hợp có thể. Sự sắp
xếp lại có thể xẩy ra bằng các quá trình tái tổ hợp trong tế bào soma. Quá trình này
đòi hỏi cơ chế hoàn toàn khác biệt trong việc sắp xếp lại các đoạn DNA trong
genome.
- Hiện nay chúng ta biết rõ rằng thuyết gene nhỏ đã giải thích đúng về sự đa dạng
của các kháng thể quan sát thấy. Tuy nhiên, đột biến soma cũng đóng góp làm tăng
thêm sự đa dạng của các kháng thể. Hơn nữa, chúng ta biết rõ rằng có một đoạn ở
vùng bảo thủ của mỗi một chuỗi kháng thể được đặc thù bởi một gen hay một đoạn
gen, đoạn gen này có trong genome với chỉ một số ít copy. Bởi thế tất cả ba thuyết
nêu trên đều đúng ở một khía cạnh nào đó.
b/ Cấu trúc của kháng thể
- Kháng thể thuộc vào một lớp các protein là globulin miễn dịch (immunoglobulin),
mỗi kháng thể chứa 4 chuỗi polypeptide, hai chuỗi nặng giống nhau và hai chuỗi nhẹ
7

8. giống nhau, chúng gắn với nhau bằng liên kết lưu huỳnh (hình 16.2 thiếu).
- Chuỗi nhẹ dài 220 amino acid, chuỗi nặng dài khoảng 440 – 450 amino acid. Mỗi
chuỗi nặng và nhẹ đều có một vùng biến động nằm ở đầu tận cùng đầu chứa amin của
trình tự amino acid, trong vùng này thường xuyên thay đổi để kháng thể tạo ra có tính
đặc thù cao cho mỗi kháng nguyên khác nhau. Vùng bảo thủ nằm ở đầu carboxyl có
trình tự amino acid giống nhau trong tất cả các kháng thể thuộc cùng một lớp Ig nhất
định. Vùng này không có liên quan gì đến tính bọc đặc thù đối với kháng nguyên.
Vùng biến động của tất cả các chuỗi kháng thể đều dài khoảng 110 amino acid.
- Vùng protein mang chức năng đặc thù được gọi là trung tâm (domain), mỗi kháng
thể có hai vị trí trung tâm bọc kháng nguyên đặc thù. Mỗi trung tâm bọc kháng
8

9. nguyên đặc thù được hình thành ở vùng biến động, một ở chuỗi nặng và một ở chuỗi
nhẹ (hình 16.3).
- Vùng bảo thủ, của hai chuỗi nặng tương tác với nhau để hình thành nên một vị trí
trung tâm bọc kháng nguyên thứ ba gọi là effector (effector function domain), vị trí
này chịu trách nhiệm giúp kháng thể tương tác một cách chính xác với các thành phần
khác của hệ thống miễn dịch.
- Có 5 lớp kháng thể tồn tại là: IgM, IgD, IgG, IgE, và IgA, chúng được phân chia dựa
trên cơ sở cấu trúc vùng bảo thủ của chuỗi nặng hay cấu trúc của vùng chức năng
effector. Thí dụ kháng thể IgD luôn luôn được bám lên bề mặt màng các tế bào sinh ra
chúng, còn kháng thể IgG thì lại luôn luôn được tiết ra ngoài, đi vào máu đi vòng
quanh cơ thể.
- Chuỗi nhẹ kháng thể có hai loại là kappa và lamda, chúng được xác định dựa trên
cơ sở cấu trúc vùng bảo thủ của chuỗi nhẹ.
- Một số kháng thể có thể có tính đặc thù bọc kháng nguyên giống nhau, điều này là
do các vùng biến động của 4 chuỗi tạo nên, nhưng lại có chức năng miễn dịch khác
nhau, vì chức năng này được xác định là do vùng bảo thủ của chuỗi nặng quyết
định.
- Bởi thế, khi chúng ta kiểm tra cấu trúc của các kháng thể chúng ta thấy tính đa
dạng của chúng thường nằm ở hầu hết vùng biến động của phân tử kháng thể. Nếu
các polypeptide này được tổng hợp từ các trình tự cặp Nu trên đường thẳng của các
gen, nếu một gen sinh ra một polypeptide, thì genome phải chứa một dãy khổng lồ
các gen có trình tự biến động cao tại đầu này còn đầu kia phải có trình tự giống
nhau cần thiết.
- Nhờ kỹ thuật tái tổ hợp DNA chúng ta có thể tách, xác định được trình tự của nhiều
đoạn DNA trên nhiễm sắc thể của chuột và người mã hóa tạo ra các chuỗi kháng
thể. Kết quả đã giải thích được cơ chế tạo ra sự đa dạng khổng lồ của các kháng
thể trong cơ thể chúng ta.
3. Sự đa dạng kháng thể là do sự sắp xếp lại Genome trong quá trình phân hóa tế bào B
9

10. a. Khái niệm.
- Rất đơn giản, thông tin di truyền mã hóa tạo các chuỗi kháng thể được tàng trữ
thành những mẩu và mảnh, các mẩu và mảnh này được nối lại với nhau thành
những trình tự thích hợp bằng cách sắp xếp lại genome xảy ra trong quá trình phát
triển của các tế bào sinh ra kháng thể gọi là tế bào B của cơ thể.
- Mỗi tế bào B chỉ sinh ra được một dạng đơn của kháng thể do vậy tất cả các kháng
thể được sinh ra từ một tế bào B nhất định sẽ có cùng một tính đặc thù bọc kháng
nguyên .
- Mỗi chuỗi kháng thể được tổng hợp trên cơ sở sử dụng thông tin di truyền được
tàng trữ trong một số những gen khác nhau của những đoạn gen. Một số nhà di
truyền gọi những trình tự DNA này là những gen, số khác lại thích gọi chúng là các
đoạn gen, gọi như vậy xem có vẻ đúng hơn.
b. Chuỗi nhẹ kappa (k)
- Việc tổng hợp chuỗi nhẹ K được kiểm tra bởi 3 đoạn gen khác nhau:
1/ Đoạn gen Vk mã hóa tạo ra 95 amino acid ở đầu amin của vùng biến động.
2/ Đoạn gen Jk (J có nghĩa là đoạn kết gắn) mã hóa cho phần còn lại của vùng biến
động dài 13 amino acid, nằm cạnh vùng bảo thủ.
3/ Đoạn gen Ck mã hóa tạo ra vùng bảo thủ ở đầu tận cùng carboxyl.
- Đoạn gen thứ 4, đoạn Lk mã hóa tạo ra đoạn chứa đầu kỵ nước đầu amin dài 17- 20
amino acid, đoạn này cần thiết giúp cho quá trình vận chuyển chuỗi kháng thể đi qua
màng tế bào. Trình tự này sẽ bị cắt đi sau khi kháng thể đi qua được màng tế bào. Vì
thế nó không phải là thành phần cuối cùng của kháng thể.
- Quá trình sắp xếp các đoạn gen chuỗi K xảy ra ở dòng các tế bào mầm, tuy nhiên
trong thực tế có thể xảy ra ở trong tất cả các tế bào không sản sinh ra kháng thể (hình
16.4).
- Ở chuột và người thì các đoạn gen tạo chuỗi K thường nằm trên cùng một nhiễm sắc
thể, ở người là nhiễm sắc thể số 2.
10

11. - Các đoạn gen sinh chuỗi Lamda cũng tương tự nằm trên cùng một nhiễm sắc thể và ở
người nằm trên nhiễm sắc thể số 22. Còn các đoạn gen quy định chuỗi nặng ở người
nằm trên nhiễm sắc thể 14.
- Có một số lượng khá lớn, khoảng 300 các đoạn gen Vk , với mỗi chúng lại có một số
tương đương các đoạn gen Lk (hình 16.4 a).
- Trong khi đó, chỉ có một đoạn gen Ck và 5 đoạn gen Jk trong đó có một đoạn gen ở
chuột là không có chức năng. Các đoạn gen Jk được định vị nằm giữa các đoạn gen
Vk và Ck.
- Trong các dòng tế bào mầm, 5 đoạn gen Jk được tách dời khỏi đoạn Vk một trình tự
không phiên mã dài (chưa rõ dài bao nhiêu) và cách đoạn Ck một đoạn không phiên
mã dài 2000 cặp Nu.
- Trong quá trình phát triển của tế bào B, gen mã hóa chuỗi nhẹ K đặc thù, sau này
sẽ được biểu hiện trong tế bào đó, sẽ lắp ghép với một đoạn Lk-Vk, một đoạn Jk và
một đoạn Ck đơn, thông qua quá trình tái tổ hợp soma (hình 16.4 a và b).
- Quá trình tái tổ hợp xảy ra làm kết gắn bất kỳ một trong khoảng 300 đoạn Lk-Vk với
bất kỳ một trong số 5 đoạn Jk, kèm theo việc cắt bỏ tất cả các DNA xen vào hình
16.4b.
- Kết quả tạo ra một đoạn gen Vk, Jk trộn lẫn mã hóa cho toàn bộ vùng biến động của
chuỗi K.
- Các trình tự không mã hóa bao gồm các đoạn nằm giữa gen Jk với gen CK và các
đoạn giữa Jk kề cận Ck. Có thể có một đoạn không dịch mã nằm ở giữa đoạn Vk-
Jk trộn lẫn với đoạn Ck , đoạn này vẫn được duy trì trong tế bào B khi nó đã được
phân hóa (hình16.4 b).
- Trình tự DNA (Lk-VkJk-noncoding-Ck) sẽ được phiên mã (hình 16.4c).
- Còn các trình tự không phiên mã khác sau khó sẽ bị cắt bỏ đi trong quá trình thành
thục RNA (hình 16.4 c và d), giống như các trình tự không mã hóa hoặc intron
khác của bất kỳ gen nào trong sinh vật nhân chuẩn.
c/ Chuỗi nhẹ lamda
11

12. - Các gen quy định chuỗi nhẹ lamda cũng được lắp ghép từ những đoạn gen riêng biệt
và xảy ra trong quá trình phát triển của tế bào B.
- Sự khác nhau chủ yếu là mỗi đoạn gen quy định chuỗi Jλ luôn đi cùng với đoạn gen
Cλ của riêng mình, do vậy quá trình sắp xếp lại genome đòi hỏi có quá trình tổng hợp
và kết nối giữa các đoạn Lλ- Vλ với các đoạn Jλ- Cλ.
- Ở chuột chỉ có 4 đoạn gen Jλ- Cλ, trong khi đó ở người lại có tới 6 đoạn gen Jλ - C λ,
vì thế chỉ có 5% kháng thể của chuột là thuộc dạng kháng thể λ, trong khi đó có tới
40% kháng thể của người là có chứa chuỗi nhẹ λ.`
d. Chuỗi nặng
- Thông tin di truyền mã hóa các chuỗi nặng được tổ chức lại thành các đoạn gen LH-
– VH , JH và CH , có cấu trúc tương tự các gen mã hóa chuỗi nhẹ K nhưng chỉ khác
là có thêm một đoạn gen gọi là D để tạo ra sự đa dạng, đoạn gen này mã hóa tạo ra
từ 2-13 amino acid trong vùng biến động.
- Vùng biến động của chuỗi nặng vì thế được mã hóa bởi 3 đoạn gen tách rời nhau,
sau đó chúng phải nối với nhau trong quá trình phát triển của tế bào B. Hơn nữa
có từ 1- 4 đoạn gen CH đối với mỗi một lớp Ig.
- Ở chuột có tổng số 8 đoạn gen tạo CH , tất cả đều có chức năng và được sắp xếp trên
nhiễm sắc thể theo thứ tự CHu, CHδ, CHγ3, CHγ1, CHγ2b, CHγ2a, và CHα (hình 16.5a).
Đoạn gen CHu, CHδ, CHe và CHα mã hóa các vùng bảo thủ các chuỗi nặng của lần lượt
các kháng thể IgM, IgD, IgE và IgA. Còn 4 đoạn gen CHγ3, CHγ1, CHγ2b và CHγ2a mã
hóa cho các vùng ổn định chuỗi nặng của các kháng thể IgG.
- Ở người có 9 - 10 đoạn gen CH có chức năng đó là: CHu, CHδ, CHγ1, CHγ2, CHγ3, CHγ4,
CHe1 và có thể cả CHe2, CHα1 và CHα2.
- Cụm gen CH của người cũng chứa 2 gen không có chức năng thường được gọi là
Pseudogenes, chúng có cấu trúc rất giống nhau. Pseudogene là đoạn lặp lại một
phần của các gen cấu trúc, kết hợp với những thay đổi đủ lớn để trở nên không có
chức năng và thường là không được phiên mã. Pseudogene là hiện tượng thường
thấy ở sinh vật nhân chuẩn.
12

13. - Ở dòng tế bào mầm của chuột có khoảng 300 đoạn gen LH-VH, khoảng từ 10-50
đoạn gen D, 4 đoạn gen JH và 8 đoạn gen CH , chúng được sắp xếp trên NST theo
thứ tự định trước (hình 16.5a).
- Trong quá trình phát triển của tế bào B, từ một tế bào gốc (tế bào soma) phân bào
nguyên nhiễm, từ tế bào này xuất hiện các dạng khác của tế bào gốc hoặc xuất hiện
bằng cách phân chia tế bào và phân hóa.
- Tái tổ hợp soma đã gắn mỗi đoạn gen LH-VH với một đoạn gen D và một đoạn gen
JH, cắt bỏ 2 trình tự xen nằm giữa của DNA để hình thành nên một trình tự DNA
liên tục (VHDJH), trình tự này mã hóa vùng biến động của chuỗi nặng hoàn chỉnh
(hình 16.5 a và b).
e, Quá trình chuyển lớp kháng thể
- Tại thời điểm tổng hợp kháng thể, trong tế bào B đang phát triển bắt đầu thì tất cả
các đoạn gen CH vẫn còn và được tách ra từ đoạn gen LH-VHDJH mới được hình
thành bởi một trình tự không mã ngắn hình 16.5 b.
- Lúc này tất cả các kháng thể được tổng hợp đều cùng có một chuỗi nặng IgM là
sản phẩm của gen CHμ.
- Nếu có một kháng nguyên bị nhận biết và bị bọc với một kháng thể nằm trên bề
mặt của tế bào B đang phát triển, thì tế bào đó sẽ được kích thích để phân hóa
thành một tế bào B trưởng thành.
- Trong quá trình phân hóa một số tế bào B sẽ phân lớp từ tế bào sinh kháng thể lớp
IgM sang tế bào sinh ra các kháng thể khác lớp.
- Hiện tượng chuyển lớp này thường liên quan đến quá trình tiếp tục sắp xếp lại
genome, trong quá trình đó các đoạn gen CH nằm gần nhất với các đoạn gen LH-
VHDJH được gắn từ trước sẽ bị cắt bỏ đi (hình 16.5 c - e).
- Lớp kháng thể nào được tạo ra sau khi chuyển lớp, sẽ được xác định bởi các đoạn
gen CH nào được mang vào vùng gần nhất với đoạn gen LH-VHDJH, như đã trình
bày ở hình 16.5c - e.
13

14. 14

15. 15

16. 4. Đa dạng kháng thể do quá trình cắt nối các phiên mã khác nhau tạo nên
- Một kiểu khác của quá trình phân lớp kháng thể xảy ra trong quá trình phân hóa tế
bào B là cách cắt nối để thành thục RNA. Tế bào B chín nhất định có khả năng tạo
ra cả hai kháng thể IgM và IgD, hai kháng thể này chỉ khác nhau ở vùng chức năng
effector (nhận biết). cả hai đều có vùng bọc kháng nguyên giống nhau và được đặc
thù bởi sự kết gắn giữa đoạn gen trội VkJk hay VλJλ với VHDJH .
- Ở những tế bào này trình tự tiền phiên mã được tổng hợp sẽ kéo dài qua cả hai
đoạn gen CHμ và CHδ. Trong quá trình thành thục, trình tự phiên mã VHDJH có thể
bị cắt bỏ đi, hoặc trình tự CHμ và CHδ, cả hai đều được tổng hợp trong cùng một tế
bào.
- Một sự đa dạng nữa xảy ra trong quá trình tổng hợp kháng thể là việc tạo ra một
trình tự có chức năng bài tiết và bám vào màng tế bào của một kháng thể nhất định.
Kháng thể đầu tiên xuất hiện trong tế bào B đang phát triển là các phần tử kháng
thể IgM bọc lên màng tế bào. Kết quả làm tế bào này chuyển thành có khả năng tạo
ra dạng bài tiết cho kháng thể IgM. Hai dạng kháng thể IgM trên chỉ khác nhau ở
phần đầu tận cùng C của chuỗi nặng. Chuỗi nặng của dạng bọc lên màng dài hơn
dạng bài tiết dài 21 amino acid. Chuỗi nặng của dạng bọc màng dài 41 amino acid
có tính kỵ nước nằm ở tại đầu tận cùng C, nơi này có thể là một trình tự chịu trách
nhiệm gắn bám lên bề mặt màng tế bào. Trình tự kỵ nước này nếu được thay thế
bằng một trình tự kỵ nước khác dài 20 amino acid sẽ tạo thành dạng bài tiết.
- Trình tự mã hóa các exon của các đoạn gen CH bị ngắt quãng bởi các trình tự không
mã hóa intron, giống như đối với nhiều gen của sinh vật nhân chuẩn, các đoạn gen
CH chứa từ 4- 6 exon và 3 - 5 intron hình 16.7. Trong các kháng thể bám trên
màng, vùng bảo thủ chuỗi nặng được sinh ra bằng cách cắt nối tất cả 6 exon với
nhau (hình16.7a và b). 2 exon cuối cùng mã hóa tạo ra phần đuôi kỵ nước của các
chuỗi nặng bám màng. Trong quá trình tổng hợp dạng bám màng, exon CH thứ 5 bị
cắt đi tại vị trí codon 20 tính từ đầu cuối của exon thứ 4 (hình 16.7 b) vì thế đã làm
16

17. thay đổi trình tự amino acid. Trong kháng thể bài tiết, có chứa vùng bảo thủ của
chuỗi nặng là sản phẩm của 4 exon đầu (hình 16.7c).
- Việc sử dụng các đường hướng khác nhau trong quá trình phiên mã và thành thục
RNA để tổng hợp lên các dạng kháng thể bài tiết và bám màng đã được xẩy ra đối
với lớp kháng thể IgM. Bằng chứng gần đây chứng tỏ rằng đường hướng này cũng
xảy ra đối với cả các lớp kháng thể globulin khác.
5. Trình tự tín hiệu điều khiển quá trình sắp xếp lại các genome
- Sự sắp xếp lại genome xảy ra trong quá trình phát triển của tế bào B được điều
khiển như thế nào? Yếu tố nào chịu trách nhiệm kiểm soát tái tổ hợp soma, cụ thể
là kiểm soát quá trình mà một đoạn gen V chỉ kết gắn với một đoạn gen J chứ
không kết gắn với đoạn gen V khác hay kết gắn trực tiếp với đoạn gen C.
- Hiện người ta đã xác định được trình tự một số đoạn DNA trên nhiễm sắc thể
mang tụ tập những đọan gen V, D và J của chuột và người. Từ kết quả trình tự cặp
Nu cho thấy tồn tại một sô trình tự tín hiệu giúp kết gắn đặc thù giữa V-J, V-D và
D-J. Nhiều trình tự tín hiệu tương tự cũng đã được phát hiện nằm gần tất cả các
đoạn gen V. Tương tự, tất cả các đoạn gen J cũng có những trình tự tín hiệu giống
nhau, nằm ở gần các trình tự mã hóa chúng. Tuy nhiên, các trình tự tín hiệu có
khác nhau từ vùng lân cận đến đoạn gen V. Trong khi đó đoạn gen D và C có trình
tự tín hiệu riêng nằm ở lân cận.
- Trình tự tín hiệu kiểm soát quá trình gắn kết giữa V-J, V-D và D-J chứa 7 cặp Nu
(heptamer) và 9 cặp Nu (nonamer) được tách rời bởi những khoảng trống khác
nhau nhưng có chiều dài đặc thù, để gắn kết Vk-Jk thì khoảng trống ở trình tự tín
hiệu Vk dài 12 cặp Nu, trong khi đó khoảng trống của trình tự tín hiệu JK dài 22 cặp
Nu.
- Trình tự heptamer và nonamer nằm ngay sau phía bên phải như được vẽ ở hình
16.4 và 16.8. Trình tự gen VK bổ xung ngay trước trình tự gen JK (hình 16.4 và 16.8
bên trái). Các trình tự tín hiệu này có khả năng hình thành nên cấu hình thân
(stem) hoặc kẹp tóc (loop) như đã được mô phỏng ở hình 16.8, nhờ vậy đã mang
đoạn gen JK và VK vào vị trí sẵn sàng kết gắn được với nhau. Hình như quá trình
17

18. kết gắn xảy ra chỉ khi một trình tự tín hiệu chứa một khoảng trống dài 12 Nu, còn
trình tự tín hiệu kia chứa khoảng trống dài 22 Nu. Kết gắn được tăng cường khi có
mặt của một số protein đặc thù làm trung gian cho quá trình gắn kết. Rất nhiều
trình tự tín hiệu tương tự hình như cũng để kiểm soát quá trình kết gắn VH-D và D-
JH, trong khi đó có một vài sự khác nhau giữa các trình tự tín hiệu giúp chuyển lớp
kháng thể.
6. Đa dạng kháng thể là kết quả gắn kết vị trí khác nhau và đột biến soma
18

19. - So sánh sự đa dạng về trình tự
amino acid tồn tại trong phân tử
kháng thể với trình tự amino
acid mong đợi từ trình tự đoạn
gen mã hóa kháng thể cho thấy
có sự đa dạng nhiều hơn về
trình tự amino acid của vùng V-
J so với trình tự Nu các đoạn
gen sinh ra nó. Các nghiên cứu
sau này đã chứng tỏ rằng sự đa
dạng thêm này có thể được giải
thích là do sự biến động về vị
trí tái tổ hợp khi gắn nối giữa
V-J. Thí dụ nếu sử dụng vị trí
kết gắn khác nhau giữa đoạn
gen VH và JH ở chuột được trình
bày ở hình 16.9. Trong quá
trình gắn kết giữa đoạn gen Vk41
với J5, thì tái tổ hợp có thể xảy
ra giữa 4 vị trí Nu nằm lân cận
tại vị trí cắt nối. Như đã trình
bày ở hình 16.9 d, cho thấy vị trí tái tổ hợp khác nhau đã tạo nên 4 trình tự Nu khác
nhau mã hóa 3 amino acid nhất định tại vị trí 96 của chuỗi nhẹ kappa ở chuột. Vì vị
trí amino acid 96 này xảy ra ở vùng trung tâm của chuỗi kháng thể nên nó có liên
quan đến quá trình bọc kháng nguyên.
- Sự kiện kết gắn V-J theo cách khác nhau đã góp phần đáng kể tạo ra sự đa dạng
phong phú về tính đặc thù của kháng thể của động vật có xương sống.
- Nhiều sự kiện kết gắn khác nhau tương tự cũng đã được phát hiện trong quá trình
tương tác kết gắn giữa VK-JK và VH-D-JH. Bởi thế việc sử dụng vị trí tái tổ hợp thay
19

20. thế trong quá trình xảy ra kết gắn có liên quan đến việc nắp ghép các gen tạo kháng
thể thành thục cũng tạo nên sự đa dạng của kháng thể.
- Mặc dù sự đa dạng của kháng thể được tạo ra là do: 1/ sự kết gắn khác nhau giữa
một gia đình lớn các đoạn gen V, D với J và 2/ do việc sử dụng vị trí tái tổ hợp
khác nhau trong phản ứng kết gắn gây ra. Còn một số nghiên cứu đáng quan tâm
khác chứng tỏ còn có một số cơ chế nữa có liên quan đến việc tạo ra sự đa dạng các
kháng thể. Các cơ chế đưa ra trên cơ sở so sánh: 1/ Trình tự cặp Nu đoạn gen biểu
hiện với trình tự của nó ở dòng tế bào mầm, 2/ So sáng trình tự amino acid của
kháng thể thực với trình tự amino acid mong đợi từ trình tự các Nu của gen. Thí dụ
khi so sánh trình tự amino acid thực của các chuỗi λ1 của chuột khác nhau với trình
tự amino acid mong đợi (dựa trên trình tự cặp Nu của các đoạn gen λ1) của chuỗi
nhẹ λ1 cho thấy chúng có sự khác nhau rất rõ ở vùng biến động so với vị trí nối.
Kết quả tương tự cũng xẩy ra ở vùng biến động của các chuỗi nặng. Trong tất cả
các trường hợp, sự thay đổi là do kết quả của quá trình thay thế từng cặp Nu đơn
gây nên. Sự thay thế như vậy có thể chiếm từ 1-2% các cặp Nu của các đoạn gen
mã hóa vùng biến động của các kháng thể. Sự thay thế cặp nu này được thừa nhận
là do xảy ra một vài cơ chế gây đột biến soma, đột biến này chỉ xảy ra đối với
những trình tự DNA mã hóa vùng biến động của các chuỗi kháng thể. Bởi vì sự
thay đổi này thường xảy ra ở vùng biến động của các gen sinh kháng thể thường
xuyên hơn nên quá trình này được gọi là đột biến siêu soma. Cơ chế của đột biến
siêu soma xảy ra như thế nào hiện vẫn chưa rõ.
- Đột biến siêu soma xẩy ra ở vùng gen kháng thể mã hóa ra vị trí bọc kháng nguyên,
có thể rất có ý nghĩa đối với sinh vật. Nếu không có cơ chế tạo ra sự đa dạng
kháng thể này xảy ra thì phạm vi đặc thù của kháng thể có được sẽ cố định theo
trình tự hiện có trong genome tại thời điểm vừa sinh ra và quá trình tái tổ hợp được
tạo ra bởi mức độ khác nhau của các phản ứng kết gắn các đoạn gen.
- Các virut và ký sinh gây bệnh khác nhau có liên quan và tạo ra một cách ổn định các
biến dạng mới với những chất xác định kháng nguyên mới.
20

21. - Để có được sức tự vệ đầy đủ đối với sự thay đổi về thành phần kháng nguyên các
virut và thành phần khác nhau của môt trường, thì hệ thống miễn dịch phải có khả
năng phản ứng nhanh với những thay đổi đó. Bằng cách nào đó tốt hơn để đảm bảo
bảo vệ được an toàn hơn là làm đảo lộn những gen sinh kháng thể với cơ chế riêng của
mình nhằm thích ứng nhanh chóng đối với các kháng nguyên mới có thể liên quan đến
quá trình siêu đột biến soma trong tương lai.
7. Có bao nhiêu tái tổ hợp được tạo ra
- Chúng ta biết rằng phần lớn sự đa dạng kháng thể là do quá trình kết gắn khác nhau
giữa các đoạn gen sinh các chuỗi kháng thể gây nên. Thí dụ số lượng chuỗi nhẹ
kappa ở người có thể có là 300 đoạn gen VK x 5 đoạn gen Jk sẽ bằng 1500 đoạn gen
VKJK được hình thành. Vùng biến động của chuỗi nặng còn tạo ra sự đa dạng cao
hơn nhờ các đoạn gen D của nó được nhân bội lên. Nếu giả sử có 300 đoạn gen VH,
25 đoạn đoạn gen D và 6 đoạn gen JH trong dòng tế bào mầm ở người, thì sẽ có
45000 vùng biến động của chuỗi nặng khác được sinh ra. Sử dụng cách ước đoán
này có thể sẽ có 67.500.000 các vị trí bọc kháng nguyên khác nhau có thể được
sinh ra nếu chỉ dùng chuỗi nhẹ Kappa. Các chuỗi nhẹ λ cũng tạo ra mức độ tương
tự nữa của đa dạng kháng thể.
- Rõ ràng rằng việc trộn lẫn các đoạn gen sinh kháng thể này đã được tạo ra một số
lượng kháng thể khổng lồ đáp ứng với sự đa dạng của các kháng nguyên. Hiện nay,
chúng ta còn biết có một cơ chế tạo ra sự đa dạng kháng thể nữa xảy ra theo 2 cơ
chế:1/ Là đột biến soma và 2/ Khả năng biến động tại các vị trí xảy ra sự liên kết
gắn giữa V-J, V-D và D-J. Như vậy phạm vi biến động có thể của sự đa dạng về
kháng thể hình như không có giới hạn.
8. Điều hòa quá trình phiên mã tăng cường tính đặc thù theo mô.
- Hiện người ta biết rằng các gen sinh kháng thể ở dòng tế bào mầm không được
phiên mã hoặc được phiên mã nhưng với cường độ rất thấp. Trong tế bào B sinh kháng
thể chỉ có 10 - 20% phân tử mRNA là của các gen sinh kháng thể. Sau đó thì điều gì
giúp chịu trách nhiệm để các phiên mã của các gen sinh kháng thể trải qua tái sắp xếp
và trở thành hoạt động. Trong trường hợp các gen sinh chuỗi nặng thì quá trình tái sắp
21

22. xếp đã đưa các promoter nằm ở đầu trên (uptream) của các đoạn gen LH- VH vào vùng
chịu ảnh hưởng của một yếu tố tăng cường mạnh nằm ở intron đoạn giữa gen JH và gen
CHμ (hình 16.10). Mỗi đoạn gen LH-VH chứa một promoter nằm ở vùng uptream của
gen. Tuy nhiên, trước khi xảy ra sắp xếp lại genome dẫn đến tổng hợp chuỗi nạng thì
yếu tố tăng cường này nằm xa promoter của LH-VH , điểm gần nhất cũng dài hơn
100.000 cặp Nu (hình 16.10 top).
- Thừa nhận rằng yếu tố tăng cường này không thể hoạt động phiên mã từ promoter
nằm xa như vậy được. Tuy nhiên, khi có quá trình tái sắp xếp xảy ra trong quá trình
phân hóa tế bào B (hình16.5) đã làm dịch chuyển promoter của đoạn gen LH-VH đến
vùng trong vòng ngắn hơn 2000 cặp Nu so với enhancer (hình 16.10 dưới). Lúc này
enhancer có thể hoạt hóa phiên mã bắt đầu từ promoter nằm ở uptream của đoạn gen
LH-VH. Enhancer có liên quan đến hoạt động tổng hợp chuỗi nặng và có tính đặc thù
theo mô, nó hoạt động phiên mã chỉ trong tế bào lymphocyte và không có ảnh hưởng
trong các tế bào có nguồn gốc từ mô khác. Vì rằng quá trình hoạt hóa đòi hỏi phải có
mặt của một yếu tố hoạt tính phiên mã, yếu tố phiên mã này chỉ được tổng hợp ở trong
các tế bào lymphocyte.
- Một yếu tố tăng cường tương tự cũng đã được phát hiện ở intron nằm giữa tụ điểm
đoạn gen chuỗi nhẹ JK và trình tự mã hóa CK. Bởi thế, hình như quá trình di
chuyển của promoter điều khiển gen sinh kháng thể đã vào được vùng ảnh hưởng
của yếu tố tăng cường đặc thù theo mô, đây có thể là một cơ chế hoạt hóa chung
của các gen sinh kháng thể trong quá trình phân hóa tế bào B.
22

23. 8. Chọn lọc dòng vô tính
- Vấn đề đặt ra làm thế nào mà sinh vật có thể bắt đầu tổng hợp kháng thể đặc thù các
kháng nguyên mà trước kia nó chưa từng đối mặt. Điều này được giải thích theo
thuyết chọn lọc dòng vô tính. Hãy nhớ rằng, tất cả kháng thể được sinh ra từ một tế
bào B đơn đều có tính đặc thù bọc kháng nguyên giống nhau. Nhưng các tế bào khác
nhau trong quần thể tế bào B sẽ xảy ra quá trình sắp xếp lại genome khác nhau, dẫn
đến sẽ tạo ra các kháng thể có tính đặc thù khác nhau. Vì thế, quần thể tế bào B của
người hoặc chuột sẽ sinh ra rất nhiều loại khác thể.
- Thuyết chọn lọc vô tính của chuột sẽ
sinh ra rất nhiều loại khác thể. Thuyết
chọn lọc vô tính cho rằng việc bọc của
một kháng nguyên ngoại đặc thù với một
kháng thể trên bề mặt một tế bào B đã
kích thích tế bào đó phân chia tạo ra một
số lượng lớn các tế bào B đặc biệt, gọi là
một dòng tế bào giống hệt nhau và vì thế
có một lượng lớn các kháng thể đặc biệt
có thể nhận biết được kháng nguyên
ngoại, hình 16.11.
9. Sự loại trừ alen
- Đây là điểm cuối cùng về cơ chế điều
khiển di truyền quá trình tổng hợp
kháng thể. Mỗi tế bào chỉ sinh ra
được một loại kháng thể, thì tại sao ở
tế bào động vật có vú lưỡng bội,
chúng mang hai bộ thông tin di truyền
mã hóa cho mỗi một chuỗi kháng thể,
nhưng chỉ có một sự sắp xếp lại
gennome các chuỗi nhẹ mã hóa các
23

24. trình tự là có hiệu quả và một sự sắp xếp lại genome có hiệu quả đối với chuỗi
nặng mã hóa các trình tự xảy ra trong một tế bào B. Hiện tượng này được gọi là
hiện tượng loại trừ alen bởi vì do một trong các alen sẽ bị loại trừ ra khỏi quá trình
biểu hiện gen.
- Vậy câu hỏi đặt ra là bằng cách nào và tại sao lại có hiện tượng này, hiện tại
chúng ta vẫn chưa rõ nguyên nhân. Nhưng rõ ràng rằng phải có một cách nào đó
có cơ chế đáp lại đã chặn quá trình tái tổ hợp liên quan đến quá trình sắp xếp lại
các gen sinh kháng thể, khi sự sắp xếp này có hiệu quả xảy ra, thì các tế bào bắt
đầu tổng hợp một kháng thể chức năng. Cơ chế đơn giản nhất là liên quan đến sự
ức chế quá trình này bằng chính các kháng nguyên chín. Tuy nhiên, cần phải có
những nghiên cứu tiếp theo để xây dựng được cơ chế nhằm lý giải hiện tượng loại
trừ alen xảy ra.
10. Sự đa dạng về yếu tố thụ cảm tế bào T
- Tế bào T làm môi trường trong phản ứng miễn dịch của tế bào (hình 16.1). Tế bào
T nhận biết kháng nguyên trên bề mặt tế bào và giết tế bào bào nào mang kháng
nguyên này.
- Giống như kháng thể được tạo ta từ tế bào B, tế bào T có thể nhận biết và phá hủy
các tế bào mang nhiều loại kháng nguyên khác nhau. Bởi thế phản ứng của tế bào T
cũng biểu hiện một mức độ hiện tượng đặc thù.
- Bằng cách nào tính đặc thù này được sinh ra? Câu trả lời là tế bào T đã sinh ra chất
thụ cảm bọc màng, chất này rất giống như kháng thể được tạo ra bởi tế bào B. Tuy
nhiên, sự đa dạng về tính đặc thù của chất thụ cảm tế bào T được tạo ra bằng cách
sắp xếp lại genome tương tự như tạo ra kháng thể. Bằng cách nào tế bào T tránh
được việc tương tác với các kháng nguyên tự do, để tránh quá trình nhân đôi chức
năng của tế bào B trong phản ứng miễn dịch?. Khi sản sinh, tế bào T phải nhận
biết đồng thời cả kháng nguyên xâm phạm trên bề mặt tế bào và một protein khác
khi dính lên bề mặt tế bào. Protein bề mặt tế bào thứ hai mà tế bào T phải nhận biết
là sản phẩm của một trong số rất nhiều gen trong phức hợp tương hợp chính trong
ghép mô (MHC, major histocompatibility). Locus MHC mã hóa một nhóm phức
24

25. tạp các protein có mặt trong tất cả các tế bào của người hoặc chuột. Bởi thế, tế bào
T có khả năng nhận biết và phá hủy bất kỳ tế bào nào đang sản sinh ra một kháng
nguyên nhất định (protein vỏ một virut) của bất kỳ mô nào của cơ thể. Sự tương
tác chất thụ cảm tế bào T với 2 kiểu kháng nguyên trên bề mặt tế bào trên (kháng
nguyên xâm phạm và kháng nguyên ghép mô), được trình bầy ở hình 16.1.
- Chất thụ cảm tế bào T bao gồm 2 chuỗi polypeptide α và β, mỗi chuỗi được mã hóa
bởi các đoạn gen L-V, D, J và C giống như các chuỗi kháng thể. Các chuỗi trên cũng
chứa những vùng biến động hình thành nên vị trí bọc kháng nguyên và vùng bảo thủ
để đính chất thụ cảm lên bề mặt tế bào (hình 16.12a).
25

26. - Vùng biến động chất thụ cảm tế bào T được mã hóa bởi rất nhiều đoạn gen L-V, D
và J, vùng bảo thủ được mã hóa bởi một số lượng nhỏ hơn các đoạn gen C.
- Các gen sinh ra chất thụ cảm tế bào T được lắp ghép bởi quá trình tái sắp xếp lại
genome, xảy ra trong quá trình phân hóa tế bào T từ tế bào gốc cũng giống như
trường hợp của các gen sinh kháng thể trong quá trình phát triển tế bào B.
26

27. - Hình 16.12b chỉ ra rằng các đoạn polypeptide thụ cảm tế bào T là α và β được mã
hóa bởi các đoạn gen L-V, D, J và C. Protein thụ cảm α và β được mã hóa bởi các
đoạn gen cũng nằm tập trung trên nhiễm sắc thể tương tự như các đoạn gen sinh
kháng thể.
- Ở người tụ điểm các đoạn gen mã hóa sinh ra dạng thứ 3 của chuỗi thụ cảm tế bào
T có tên là γ, chuỗi này có mặt như là một dạng đặc thù của tế bào T. Có một số
dạng khác biệt của tế bào T nữa chúng cũng thực hiện các chức năng khác nhau
trong phản ứng miễn dịch.
- Cấu trúc các tụ điểm gen sinh chất thụ cảm tế bào T, rất giống nhau giữa của người
và chuột. Tổ chức các đoạn gen ở tế bào dòng mầm mã hóa chuỗi β của chất thụ cảm
tế bào T được trình bày ở hình 16.13a.
- Tổ chức gen sinh chuỗi β được sắp xếp lại để có được chức năng được trình bày ở
hình 16.13 b.
- Trình tự tín hiệu heptamer và nontamer cũng rất tương tự như quá trình điều khiển
sự sắp xếp lại gen sinh kháng thể và cũng có mặt khi cần thiết ở cùng vị trí trong
cụm gen sinh chất thụ cảm tế bào T.
- Sự có mặt của chúng ở cả 2 kiểu cụm gen chứng tỏ rằng có một cơ chế gắn kết các
đoạn gen tương tự được xẩy ra trong quá trình tái sắp xếp lại các gen của sinh
kháng thể và sinh chất thụ cảm tế bào T.
- Có thể có ít biến động trong chất thụ cảm hơn là ở trong kháng thể.
27

28. - Vùng biến động của chất thụ cảm tế bào T được mã hóa bởi chỉ khoảng 30 đoạn
gen V , trong khi đó có khoảng 300 đoạn gen V cho cả 2 chuỗi nhẹ kappa và chuỗi
nặng kháng thể kappa.
- Tuy nhiên, có nhiều hơn về các đoạn gen J trong cụm gen sinh chất thụ cảm tế bào
T, thí dụ có 12 đoạn gen J chứa chức năng đối với các chuỗi sinh chất thụ cảm β
hình 16.13.
- Tuy nhiên, chúng ta vẫn chưa biết các gen trải qua quá trình siêu đột biến soma.
- Dù sao đi nữa chất thụ cảm tế bào T cũng biểu hiện một số lượng lớn sự đa dạng và
sự đa dạng này cũng được tạo ra bởi sự tái tổ sắp xếp lại genome, trong quá trình tế
bào T phân hóa cũng giống như quá trình mà tế bào B xảy ra tạo ra sự đa dạng
kháng nguyên.
- Như đã đề cập ở trên, có một số dạng tế bào T khác nhau, chúng đóng vai trò khác
nhau trong quá trình phản ứng miễn dịch của tế bào. Chi tiết về các kiểu tế bào T,
chức năng của chúng, bạn đọc nên tham khảo chương 24 cuốn sách “immunity”
của sinh học tế bào phân tử, xuất bản bởi J. Darnell, H. Lodish và D. baltimore.
11. Tính phức tạp chủ yếu trong sự tương hợp khi ghép mô
- Phản ứng miễn dịch ở động vật có vú là một quá trình rất phức tạp có sự tham gia
của nhiều đại phân tử và nhiều loại tế bào khác nhau. Các phần trên chúng ta mới
chỉ đề cập đến quá trình kiểm soát di truyền việc tổng hợp các chuỗi kháng thể và
các protein thụ cảm tế bào T.
- Rất nhiều các thành phần khác của phản ứng miễn dịch như kháng nguyên cấy
ghép (transplanting antigen) chịu trách nhiệm chính trong việc loại bỏ mô ngoại
khi phẫu thuật cấy ghép mô được kiểm soát bởi một phức hợp nhiều gen, gọi là
phức hợp tương hợp chính trong cấy ghép mô MHC.
- Ở người các protein của MHC được mã hóa bởi locus HLA (human leukocyte
antigen complex) nằm trên nhiễm sắc thể số 6, còn ở chuột thì locus MHC là H-2
(Histocompatibility locus 2) và nằm trên nhiễm sắc thể số 17. Cả ở chuột lẫn người
locus MHC rất dài > 2 x 106
bp và chứa một số lượng lớn các gen. Hơn nữa, nhiều
28

29. gen chứa một số lượng lớn các allen xác định và khả năng mà có 2 cá thể bất kỳ
nào giống nhau về tất cả các gen MHC là cực kỳ nhỏ.
- Các gen MHC có tính đa hình rất cao do có một số lượng lớn alen của những gen
cá biệt thường được phân ly trong một quần thể nhất định.
- Gen MHC mã hóa 3 lớp protein khác nhau có liên quan đến nhiều khía cạnh của
phản ứng miễn dịch. Cấu trúc locus MHC người (HLA) và các vùng gen có liên
quan mã hóa các lớp khác nhau kháng nguyên ghép mô hòa hợp được trình bày
hình 16.14.
- Các gen lớp I mã hóa các kháng nguyên cấy ghép. Protein lớp I là glycoprotein
được cắm như các protein màng tổng hợp với chất xác định kháng nguyên, được
phơi ra bên ngoài tế bào. Chúng có mặt ở tất cả các tế bào của một sinh vật và cho
phép tế bào T phân biệt rõ bản thân mình hay ngoại lai.
- Protein lớp I là các kháng nguyên, thường chịu trách nhiệm trong quá trình loại trừ
mô ngoại, khi cấy ghép mô và cơ quan. Như được trình bày ở hình 16.12 các
kháng nguyên này đóng vai trò quan trọng giúp tế bào đơn T trong việc nhân diện
và phá vỡ các tế bào mang kháng nguyên ngoại. Chất thụ cảm tế bào T đơn được
29

30. cho là có kháng nguyên nhận biết cả 2 kháng nguyên ngoại và kháng nguyên cấy
ghép mô hòa hợp thuộc lớp I trong phản ứng miễn dịch của tế bào T.
- Các gen thuộc lớp 2 của MHC mã hóa các polypeptide đầu tiên, được định vị trên
bề mặt tế bào B và đại thực bào, protein lớp 2 MHC là một dạng đặc thù của tế bào
T gọi là tế bào trợ giúp T (T helper cell), có khả năng tự nhận biết và tạo điều kiện
thuận lợi giúp quá trình liên lạc giữa các loại tế bào khác nhau có liên quan đến
phản ứng miễn dịch.
- Cuối cùng là các gen thuộc lớp III của MHC mã hóa tạo các protein tương tác với
phức hợp kháng nguyên kháng thể và kích thích quá trình phân rã tế bào.
- Các kháng nguyên thuộc lớp I và II của MHC được cắm trên màng tế bào và có cấu
trúc rất giống với cấu trúc của các chất thụ cảm tế bào T (hình 16.12).
- Tuy nhiên, sự đa dạng kháng nguyên MHC ít hơn nhiều so với kháng thể và chất
thụ cảm tế bào T và từ lâu người ta đã biết rõ là không có quá trình tái sắp xếp lại
genome liên quan đến kiểm tra di truyền tạo ra sự đa dạng kháng nguyên MHC.
Thay vào đó, sự đa dạng quan sát được là do có một số lớn các gen MHC có tính
đa hình cao.
12. Tóm lại
- Hệ thống miễn dịch động vật xương sống giúp bảo vệ chúng chống lại sự xâm
nhiễm của vi sinh vật gây bệnh và các chất ngoại lai khác. Hệ thống miễn dịch rất
phức tạp, có liên quan đến 3 loại tế bào khác nhau: 1/ Tế bào B tạo kháng thể, 2/ Tế
bào T tạo ra chất thụ cảm và sử dụng chúng để lùng sục và phá hủy các tế bào có
mang kháng nguyên ngoại, 3/ Các đại thực bào thực hiện việc ăn tế bào có chứa
phức hợp kháng thể - kháng nguyên như virut, vi khuẩn.
- Hơn nữa, việc nhận diện tế bào T của tế bào sinh ra kháng thể ngoại, đòi hỏi sự có
mặt của các kháng nguyên ghép mô tương hợp đặc thù, được mã hóa bởi phức hợp
ghép mô tương hợp chính “(ở người là locus HLA).
30

31. - Đặc điểm đáng chú ý của phản ứng miễn dịch là hình như có một sự đa dạng không
giới hạn các kháng thể và protein thụ cảm tế bào T. Chúng có thể được tổng hợp
khi phản ứng với các kháng nguyên mà động vật trước đó chưa bao giờ tiếp xúc.
- Có hiện tượng đa dạng về tính đặc thù của kháng thể và tính đặc thù của chất thụ
cảm tế bào T được sinh ra. Thông tin di truyền mã hóa cho các chuỗi kháng thể
được tàng trữ trong một số bộ đoạn gen và các đoạn gen này kết hợp với nhau theo
những trình tự thích hợp nhờ cơ chế tái sắp xếp lại genome xảy ra trong quá trình
phát triển các tế bào sinh kháng thể (tế bào B).
- Cơ chế tương tự cũng đã tạo ra sự đa dạng đặc thù với kháng nguyên của các chất
thụ cảm tế bào T.
- DNA của dòng tế bào mầm chứa các gen mã hóa các protein thụ cảm tế bào T,
được tàng trữ dưới dạng những bộ đoạn gen, chúng được lắp ghép tạo thành các
gen chín trong quá trình phân hóa tế bào T từ tế bào gốc.
- Kháng thể chứa hai chuỗi nhẹ kappa hay λ và hai chuỗi nặng. Mỗi chuỗi kháng thể
chứa vùng biến động hình thành nên vị trí bọc kháng nguyên và một vùng bảo thủ
giúp đính kháng thể lên bề mặt màng tế bào, trong trường hợp kháng thế bám lên
màng tế bào.
- Vùng biến động của kháng thể chuỗi nhẹ được mã hóa bởi 2 đoạn gen, đối với
chuỗi nặng do 3 đoạn gen mã hóa. Các đoạn gen này tồn tại nhiều copy trong
DNA dòng tế bào mầm. Vùng bảo thủ kháng thể được mã hóa bởi các đoạn gen tồn
tại trong genome chỉ một đến vài copy trong một tế bào.
- Các gen quy định chuỗi nhẹ kappa được lắp ghép bởi quá trình sắp xếp lại genome
xảy ra trong quá trình phân hóa tế bào B từ khoảng 300 đoạn gen LK-VK, 5 đoạn
gen JK và một đoạn gen CK.
- Các gen quy định chuỗi nặng chức năng được lắp ghép từ khoảng 300 đoạn gen LH-
VH, 10 đoạn gen D, 4 đoạn gen JH và 8 đoạn gen CH.
31

32. - Việc sử dụng các vị trí thay thế nhau kết gắn các đoạn gen trong quá trình tái sắp
xếp lại genome và siêu đột biến soma trong nội tại các đoạn gen vùng biến động đã
đóng góp vào việc tạo ra sự đa dạng hơn nữa các kháng thể.
- Kháng thể có 5 lớp khác nhau là IgM, IgD, IgG, IgE và IgH. Lớp kháng thể được
xác định dựa trên cơ sở vùng ổn định của chuỗi nặng, vùng này xác định bởi đoạn
gen C, xẩy ra trong quá trình tổng hợp nên chúng.
- Quá trình chuyển lớp xảy ra khi tế bào B dừng tổng hợp thành lớp kháng thể này
và bắt đầu tổng hợp ra lớp kháng thể khác có cùng tính đặc thù kháng nguyên. Việc
chuyển lớp có liên quan đến quá trình biểu hiện của các đoạn gen quy định vùng
biến động giống nhau, nhưng có đoạn gen vùng ổn định của chuỗi nặng khác nhau.
- Quá trình chuyển lớp hầu hết xảy ra trong quá trình tái sắp xếp nữa của genome
tương tự với quá trình dẫn đến tổng hợp các chuỗi kháng thể gốc.
- Tuy nhiên, quá trình chuyển lớp cũng có thể xảy ra bởi cả quá trình cắt nối các
phiên mã theo các kiểu khác nhau.
- Các gen kháng thể dòng mầm được phiên mã với tốc độ rất thấp hoặc không phiên
mã chút nào. Quá trình tái sắp xếp có hiệu quả xẩy ra khi các đoạn gen sinh kháng
thể trong quá trình phân hóa tế bào B, đã làm hoạt hóa quá trình phiên mã các gen
lắp ghép, bằng cách dịch chuyển promoter, trước đó định vị ở vùng uptream nằm
xa đoạn gen L-V, đi vào khu vực chịu ảnh hưởng của một enhancer đặc thù theo
mô, nằm ở intron đoạn giữa cụm đoạn gen J và C.
- Hiện tượng chọn lọc vô tính đã giải thích quá trình sinh ra được một số lượng lớn
tế bào B, cùng tổng hợp nên một loại kháng thể có tính đặc thù bọc kháng nguyên
đặc biệt, tồn tại trong hệ thống lưu dẫn của động vật. Chỉ có một sắp xếp lại
genome chuỗi nhẹ và một chuỗi nặng là có hiệu quả và xảy ra trong một loại tế bào
B nhất định. Quá trình này gọi là quá trình loại trừ alen, rõ ràng phải được kiểm
soát bởi một loại cơ chế đáp ứng. Tuy nhiên, cơ sở phân tử của quá trình loại trừ
alen hiện vẫn chưa được sáng tỏ.
- Kháng nguyên lớp I được tạo ra bởi những gen phức hợp tương hợp ghép mô
(HLA). Ở người thường chịu trách nhiệm gây đào thải mô, trong phẫu thuật cấy
32

33. ghép mô và cơ quan. Các gen mã hóa kháng nguyên tương hợp ghép mô thuộc lớp
I thường có tính đa hình rất cao, bởi vậy cá thể khác nhau thường mang những
kháng nguyên tương hợp ghép mô không giống nhau.
33

34. Chương 17
Cơ chế di truyền điều khiển quá trình phân chia tế bào,
gen ung thư và tiền ung thư
I. Đặt vấn đề
- Bằng cách nào để một tế bào biết được mình đã sinh trưởng đủ lớn rồi khi đó nên
phân chia và sản sinh ra tế bào con cháu. Thậm chí ngay đối với các tế bào vi
khuẩn E. coli hiện chúng ta vẫn chưa rõ cơ chế phân tử nào xẩy ra mà qua đó tế
bào có thể đo được thể tích của mình tại một thời điểm xác định, rồi bắt đầu phân
chia vào đúng thời điểm đã định.
- Hiện chúng ta chỉ biết quá trình bắt đầu tái bản nhiễm sắc thể được kiểm soát chính
xác phụ thuộc vào điều kiện sinh trưởng. Hơn thế nữa rất nhiều các đại phân tử có
liên quan đến quá trình bắt đầu quá trình tái bản nhiễm sắc thể đã được nhận diện ở
vi khuẩn E.coli rất đáng tiếc mặc dù có một số mô hình được đề xuất nhằm giải
thích bằng cách nào các tế bào duy trì được tỷ lệ đảm bảo chính xác so với thể tích
tế bào, chi tiết điều khiển cơ chế điều khiển phân chia tế bào hiện vẫn chưa rõ.
- Ở tế bào nhân chuẩn, kiểm soát quá trình phân bào xẩy ra phức tạp hơn nhiều so
với sinh vật tiền nhân, bởi vì không những quá trình nhân đôi nhiễm sắc thể và
hình thành tế bào cần được điều khiển mà các thành phần khác của bộ máy phân
bào cần phải được hình thành và có chức năng tại một thời điểm chính xác của chu
kỳ tế bào.
- Ở tế bào nấm men Saccharomyces cerevisia quá trình phân bào được phân tách
thành từng công đoạn, nhờ phân lập và nghiên cứu một số dạng đột biến mẫn cảm
với nhiệt độ, chúng bị khóa tại các giai đoạn khác nhau của chu kỳ tế bào. Gen đột
biến ký hiệu là cdc điều khiển làm mất khả năng phân chia. Bằng cách xác định
các giai đoạn chu kỳ tế bào mà tại đó dạng đột biến cdc khác nhau bị cản trở. Các
nhà di truyền học đang bắt đầu xác định trình tự các sự kiện xảy ra trong quá trình
sinh trưởng và phân chia của tế bào. Nếu sản phẩm của các gen cdc này được nhận
diện và chức năng của chúng được xác định, thì chúng ta có thể xác định được quá
34

35. trình xảy ra trong chu kỳ tế bào ở mức độ phân tử. Mặc dầu còn quá nhiều vấn đề
cần nghiên cứu phía trước, nhưng chúng ta đã hiểu việc kiểm soát tế bào phân chia
ở mức độ phân tử và một số thành phần chính điều khiển chu kỳ tế bào quan trọng
hiện đã được nhận diện.
II. Điều khiển chu kỳ phân chia nguyên nhiễm ở sinh vật nhân chuẩn
- Khi một tế bào sinh trưởng, màng tế bào (và thành tế bào đối với tế bào thực vật)
và hầu hết các thành phần của tế bào chất đều tăng lên về kích thước và hoặc số
lượng. Khi tế bào đạt đến một khối lượng tới hạn thì tiến hành phân chia tạo ra 2
tế bào con nhỏ hơn. Dưới điều kiện thích hợp tế bào con sẽ sinh trưởng rồi lại phân
chia. Nếu một tế bào muốn trải qua chu kỳ này, thì có 2 quá trình chính tế bào phải
thực hiện một cách chính xác và đồng thời đó là: 1/ Vật chất di truyền phải được
nhân đôi tái bản DNA theo nguyên tắc tái bảo tồn, 2/ 2 copy của vật chất di truyền
phải được phân bố một cách trung thực về 2 tế bào con thông qua phân chia
nguyên nhiễm.
- Vậy làm thế nào một tế bào biết được khi nào phải bắt đầu tái bảo DNA? bắt đầu co
nhiễm sắc thể để phân chia nguyên nhiễm? bằng cách nào mà hai quá trình này xảy ra
một cách tuần tự để việc cô đặc nhiễm sắc thể nguyên nhiễm không bắt đầu trước khi
DNA được nhân lên? Rõ ràng tế bào phải có một cơ chế nào đó để giữ được lịch trình
một cách nghiêm khắc. Mặc dầu trả lời chi tiết vấn đề này hiện vẫn chưa có, nhưng
cũng đang bắt đầu có một số câu trả lời và đã phát hiện được một số chất chính trong
lưu dẫn điều khiển chu kỳ tế bào.
- Nghiên cứu về chu kỳ phân chia tế bào dạng đột biến cdc ở nấm
Schizosaccharomyces pombe và Saccharomyces cerevisia và nghiên cứu về quá trình
phân chia bị ngắt quãng xẩy ra ở phôi sinh con cóc Xenopus lacvis cho thấy có 2 thời
điểm tế bào phải trải qua để qua các giai đoạn tiếp theo của chu kỳ tế bào (hình 17.1).
Thời điểm đầu gọi là thời điểm bắt đầu, xảy ra vào thời điểm gần cuối pha G1, lúc này
tế bào trở lên sẵn sàng bắt đầu tổng hợp DNA, ngay sau đó là thời điểm bắt đầu pha S.
Thời điểm thứ 2 tế bào sẵn sàng trải qua cô đặc nhiễm sắc thể và tách các nhiễm sắc
thể trong phân bào nguyên nhiễm. Quá trình này xảy ra lúc mới bắt đầu pha M. Bằng
35

36. chứng gần đây chứng tỏ có một số protein điều hòa chính hoạt động như là những tín
hiệu cho cả 2 bước bắt buộc trên.
- Yếu tố kích thích phân bào nguyên nhiễm MPF (mitosis- promoting factor) lần đầu
tiên được phát hiện ở cóc. Khi MPF tiêm vào noãn bào cóc, nó đã kích thích noãn bào
bước vào pha M phân chia. MPF có chứa ít nhất 2 thành phần cần thiết: 1/ các protein
gọi là cyclins, chúng trải qua chu kỳ tổng hợp và tích lũy trong pha G1 và G2 và phân
rã trong pha M; 2/ protein kinase đặc thù cho bắt đầu pha M gọi là PP34 (PP có nghĩa
là Phospho protein là một protein có chứa nhóm phosphat ở chuỗi bên các amino acid
đặc thù và khối lượng nặng 34.000 Dal), protein này là sản phẩm của gen cdc2 của
36

37. nấm Schizosaccharomyces pombe và của gen CDC28 của nấm Saccharomyces
cerevisia. Các nghiên cứu gần đây cho thấy PP34 có liên quan đến cả 2 sự kiện bắt
buộc là khởi đầu và ngay đầu pha M. Hơn thế nữa nhiều kết quả còn cho thấy việc
phosphoryl hóa và mất phospho ở một amino acid Tyrosine (Tyr 15, amino acid thứ 15
kể từ đầu amino) có thể điều khiển trực tiếp cả hai quá trình tái bản DNA và bắt đầu
pha M khi PP34 tương tác với những cylin thích hợp (hình 17.1). Nghiên cứu gần đây
còn cho thấy protein kinase PP34 tương tác với 2 lớp Cyclin, lớp một là M – cyclin, có
liên quan đến quá trình điều khiển pha M và lớp thứ 2 G1- Cyclin có liên quan đến quá
trình bắt đầu phân chia.
- Mặc dầu còn một thành phần nữa trong lưu dẫn đang còn nghi là có liên quan đến
điều khiển chu kỳ tế bào ở sinh vật nhán chuẩn, chất cyclins và protein kinase PP34 là
thành phần chính và protein tương đồng được nhận diện ở một số sinh vật nhân chuẩn
bao gồm cả người, ếch, nhím biển và sao biển. Một trong những khía cạnh hấp dẫn là
đã phát hiện có một hoặc nhiều phân tử giống nhau có liên quan đến 2 bước bắt buộc,
như thế chứng tỏ có một cơ chế nào đó theo đó tế bào có thể nhớ dựa trên cơ sở trạng
thái hình thể của các phân tử này tại nơi chúng có mặt trong chu kỳ tế bào và vì thế đã
tác động đồng thời một cách chính xác lên pha khởi đầu và pha M. Rõ ràng hiểu biết
của chúng ta về các cơ chế phân tử kiểm tra các bước trải qua chu kỳ tế bào vẫn còn
chưa được hoàn chỉnh. Tuy nhiên, các thông tin mới đây được tập hợp lại rất nhanh và
chúng ta có thể dự đoán rằng bức tranh lưu dẫn điều khiển sự sinh trưởng và phân
chia của tế bào sé có trong vài năm tới ít ra cũng có ở sinh vật nhân chuẩn đơn giản
như nấm.
III. Liên lạc giữa các tế bào ở sinh vật nhân chuẩn đa bào
- Cơ chế kiểm soát quá trình phân chia tế bào ở sinh vật nhân chuẩn đa bào rất phức
tạp vì có cấu tạo đa bào cho nên sự liên lạc giữa các tế bào đóng vai trò quan trọng.
- Mỗi mô trong một cơ quan và mỗi cơ quan trong một cơ thể sinh vật phải sinh
trưởng đến một kích thước nhất định. Sự sinh trưởng của xương, cơ, gan và lá lách…
tất cả phải được xảy ra đồng thời và chính xác trong quá trình sinh trưởng và phát triển
của một con chuột, thỏ và nguời.
37

38. - Để đạt được thì quá trình phân chia tế bào phải được kiểm soát rất chính xác trong
mỗi mô và phải là đối tượng đối với những tín hiệu điều hòa khác nhau.
- Trong nhiều mô và cơ quan, vì tồn tại nhiều mối quan hệ qua lại rất phức tạp giữa
các mô, cơ quan thực động vật đa bào nên sự liên lạc giữa các tế bào đóng một vai trò
trung tâm và cần thiết trong quá trình sinh trưởng tế bào và phân hóa động thực vật bậc
cao.
- Làm thế nào các tế bào liên lạc được với nhau? Cơ chế nào quá trình phân hóa, sinh
trưởng và phân chia tế bào được điều khiển.
- Hiện nay chúng ta biết rằng có rất nhiều yếu tố kích thích hoặc ức chế sự sinh trưởng
và phân chia tế bào đặc thù.
- Tuy nhiên, chúng ta chưa rõ bằng cách nào mà bất kỳ các yếu tố này lại ảnh hưởng
đến quá trình phân chia tế bào ở mức phân tử.
- Có đủ những thông tin được tích lũy chứng tỏ sự phức tạp của toàn cảnh bức tranh,
nhưng hiện tại chúng ta mới chỉ bắt đầu hiểu được một vài công đoạn của bức tranh
phức tạp này.
- Phân chia tế bào cũng giống như tất cả các quá trình sinh học khác được kiểm tra di
truyền, phải có một số gen nhất định điều khiển quá trình phân chia tế bào, các gen này
phản ứng lại với môi trường bên ngoài tế bào, gian bào và nội bào.
- Gen điều hòa cũng như các gen khác cũng có thể là mục tiêu của đột biến. Đột biến
làm mất chức năng của các gen điều hòa, dẫn đến phân chia tế bào bất bình thường,
nếu quá mức dẫn đến tế bào sẽ không còn khả năng phân chia hoặc là mất khả năng
dừng phân chia.
- Hiện tại chúng ta chưa rõ chi tiết quá trình phân chia tế bào được kiểm soát như thế
nào đối với bất kỳ tế bào của bất kỳ động vật bậc cao nào, và chúng ta chưa nhận diện
được hết tất cả các gen điều hòa điều khiển quá trình này ở bất kỳ sinh vật nhân chuẩn
nào. Tuy nhiên những nghiên cứu gần đây về các gen của virut gọi là gen ung thu
(oncogenes) từ tiếng Hy lạp có nghĩa là u) gen này có thể gây mất khả năng kiểm soát
quá trình phân chia tế bào bình thường nhờ đó cho phép chúng ta nhận diện được 1 bộ
38

39. gen tương đồng gọi là gen tiền ung thư (proto-oncogenes) ở trong genome của các
động vật bình thường bao gồm cả người. Những gen tiền ung thư của tế bào bình
thường này bị đột biến có thể chuyển thành gen ung thư (oncogene) gây tạo khối u
hoặc trở thành có khả năng kết hợp với những trình tự điều hòa mới thông qua quá
trình tái tổ hợp. Quan sát này với một số quan sát thấy liên quan đã chứng tỏ răng chức
năng tế bào bình thường của các gen tiền ung thư có liên quan đến khía cạnh đặc thù
điều khiển tế bào phân chia. Trong thực tế để hiểu được việc kiểm soát tế bào phân
chia bình thường có thể phải nghiên cứu về quá trình làm mất sự kiểm tra bình thường
sẽ xảy ra tế bào ung thư.
IV.Tế bào ung thư mất khả năng kiểm soát quá trình phân bào
- Ung thư là biểu hiện của lọai bệnh có biểu hiện quá trình sinh trưởng và phân chia tế
bào không kiểm soát được, trong các mô tĩnh tại sự sinh trưởng của tế bào không được
kiểm soát đã sản sinh ra một lượng lớn các tế bào gọi là khối u. U ung thư hoặc u ác
tính là khối u mà từ đó các tế bào tách ra và di truyển đến các nơi khác của cơ thể hình
thành ra những khối u thứ cấp (quá trình này được gọi là di căn). Các u không ung thư
hoặc u lành tính thì không có khả năng di căn.
- Ung thư người đã gây tổn thất to lớn bởi thế có chúng ta đã phải tiêu tốn khối lượng
lớn tiền của và những cố gắng để nghiên cứu bệnh này. Mặc dầu có nhiều tiến bộ trong
việc phát hiện và xử lý bệnh này nhưng còn hơi ít về việc hiểu biết cơ sở phân tử của
bệnh ung thư. Tuy nhiên hiện có những bằng chứng có liên quan đến trên 40 gen ung
thư gây các loại bệnh ung thư khác nhau. ở động vật được phát hiện.
V. Virus kích thích sinh khối u, gen ung thư virus
- Hầu hết các thông tin chúng ta biết được về gen gây ung thư là từ những nghiên cứu
về RNA virut gây khối u hay Retrovirus, các virus này có thông tin di truyền được
tàng trữ dưới dạng sợi đơn RNA và sau đó chuyển thành dạng sợi kép DNA tương
đồng sau khi lây nhiễm vào tế bào ký chủ. Vì thế chúng sử dụng dòng thông tin di
truyền muộn thường thì thông tin di truyền chuyển từ DNA đến RNA qua quá trình
39

40. phiên mã. Các retrovirus mã hóa một enzyme đặc thù là Reverse transcriptase enzyme
này xác tác quá trình tổng hợp trình tự DNA tương đồng sử dụng phân tử RNA làm
khuôn mẫu.
- Genome DNA của những virut gây khối u như polyomavirus Sv40 siman virus40) và
adenovirus cũng chứa các oncogene có khả năng kích thích sự sinh trưởng mất kiểm
soát của tế bào động vật nuôi trong môi trường. Tuy nhiên gen gây ung thư của các
virus DNA này khó nghiên cứu hơn là của retrovirut vì đặc tính sinh khối u của những
virus này không được phân biệt một cách rõ ràng với những ảnh hưởng được gây lên
bởi quá trình tái bản nhiễm sắc thể virus và quá trình biểu hiện của các gen virus khác
mà cuối cùng làm cho tế bào ký chủ chết, vì thế đề cập về gen ung thư của virus trong
chương này chỉ giới hạn đối với những oncogene của retrovirus.
1 . Chu kỳ sống của virus ung thư Rous
- Đây là virus được nghiên cứu nhiều nhất Rous là tên một nhà khoa học phát hiện ra
virus này, còn Sarcoma là một loại bệnh ung thư nó gây nên ở tế bào gà. Chu kỳ sống
của virus Sarcoma được mô tả ở hình 17.2. Ngay sau khi virus xâm nhiễm vào tế bào,
genome RNA của nó tái bản tạo thành DNA nhờ enzyme sao chép ngược và DNA của
nó được kết nhập vào DNA nhiễm sắc thể của tế bào ký chủ ở trạng thái kết gắn này
nó được tái bản và phiên mã nhờ bộ máy trao đổi chất của tế bào ký chủ giống như
những gen bình thường khác của tế bào ký chủ.
40

41. - Genome của virus Rons sarcoma chứa 4 gen gag má hóa protein vỏ của virion, gen
pol mã hóa sinh enzyme sao chép ngược, gen env má hóa protein vỏ virus và gen gây
ung thư src mã hóa tạo ra protein bọc màng kinase. Genome của virus cũng mang một
promoter rất mạnh của riêng mình vì thế mà 4 sản phẩm gen virus được tổng hợp
mạnh. Gen src chịu trách nhiệm hoàn toàn về khả năng gây bênh ung thư, nếu mất gen
này thì virus gây nhiễm tái bản giống như virus chứa src trước đó nhưng hoàn toàn
không sinh ra được gen gây ung thư.
2. Đa hình gen ung thư retrovirus
- Kết quả nghiên cứu một số virus khác ở chuột, gà và khỉ, đến nay đã nhận diện được
hơn 20 gen ung thư khác nhau (bảng 17.1)
- Nhưng virus Retrovirus khác nhau gây nên bệnh ung thư tương tự thường chứa
những gen ung thư giống nhau hoặc gần giống nhau. Vì thế có thể chỉ có một số tương
đối nhỏ gen ung thư duy nhất được phát hiện.
41

42. - Hiện tại đã xác định được trên 40 gen ung thư của virus bao gồm cả virus DNA
3. Sản phẩm gen ung thư là chất điều hòa phân bào
- Gen ung thư kích thích sự sinh trưởng của tế bào không kiểm soát được đã dẫn đến
tạo khối u, vì thế chúng ta có thể dự đoán rằng các sản phẩm của gen này hoạt động đã
kích thích phân chia tế bào. Thực vậy, hiện tại đã biết rõ ràng những sản phẩm của
gen ung thư đóng góp những vai trò khác nhau trong việc điều khiển quá trình phân
bào của một hoặc nhiều dòng tế bào. Thí dụ sản phẩm của gen ung thư v-sis của virus
simian (ở khỉ) có liên quan đến hoocmon sinh trưởng polypeptide gọi sinh trưởng có
nguồn gốc từ tiểu huyết cầu (platelet – devived growth factor PDGF). PDGF được tế
bào tiểu huyết cầu sinh ra có tác dụng làm lành vết thương bằng cách kích thích sinh
trưởng của các tế bào tại vị trí bị thương. Virus Sarcoma ở khỉ chứa gen v-sis đã kích
thích tạo sarcoma khi tiêm vào con khỉ lông len, chúng còn làm biến thể các nguyên
bào sợi sinh trưởng trong môi trường nuôi cấy để hình thành trạng thái u hay khối u.
Người ta thừa nhận rằng biến đổi tế bào này thì trạng thái ung thư xảy ra do cơ chế có
liên quan đến hiệu quả của PDGF bình thường lên các tế bào ở vị trí bị thương.
42

43. - Các gene ung thư khác mã hóa tạo ra các sản phẩm giống như yếu tố sinh trưởng và
chất thụ cảm hocmon. Gene ung thư erbB và gene ftns mã hóa tạo các protein có liên
quan chặt đến các chất thụ cảm tương ứng đối với các yếu tố sinh trưởng biểu bì và
yếu tố sinh trưởng CSF-1. CSF-1 là yếu tố sinh trưởng có tác dụng kích thích sự sinh
trưởng và phát triển của đại thực bào. Cả hai chất thụ cảm sinh trưởng này là những
protein xuyên màng chính vùng hoặc yếu tố sinh trưởng nằm bên ngoài tế bào vè vùng
protein kinase nằm bên trong tế bào. Các chất thụ cảm này là thành phần chính trong
43

44. quá trình truyền tín hiệu qua màng. Cuối cùng, sản phẩm của gene erbA là một dạng
chất thụ cảm nhận đối với hoocmon tuyến giáp T3. Do đó tất cả sản phẩm của các gen
đều có liên quan đến quá trình giao lưu giữa các tế bào có tác dụng điều khiển quá
trình phân chia tế bào trong quá trình sinh trưởng và phát triển của các mô và cơ quan
phân hóa cao trong sinh vật đa bào.
- Vì những protein thụ cảm xuyên màng này có khả năng truyền tín hiệu mitogenic là
tín hiệu bảo tế bào phân chia tyrosine kinase, nên không ngạc nhiên nếu thay đổi cấu
trúc và chức năng của các protein này đôi khi sẽ gây nên ung thư. Nếu chúng hoạt
động yếu và truyền tín hiệu bảo tế bào phân chia trong khi bình thường nó sẽ không
phân chia thì kết quả sẽ hình thành khối u.
- Một nhóm lớn các gene ung thư (gồm src) mã hóa sinh ra protein kinase protein này
sẽ phosphoryl hóa ở các vị trí amin tyrosine. Một số vị trí này có thể rất giống với chất
thụ cảm đối với yếu tố sinh trưởng biểu bì và CSF nhưng chứa các chất thụ cảm đối
với các nhân tố phân chia chưa được xác định. Tuy nhiên protein tyrosine kinase src
thì không phải là một protein xuyên màng, nhưng lại có liên kết chặt chẽ với mặt trong
của màng nguyên sinh chất. Mặc dù protein kinase có hoạt tính cao, chúng được
phosphoryl hóa tại axit amin tyrosine, chúng ta vẫn chưa hiểu được có một số phân tử
của quá trình gây ra ung thư của gene hoặc protein nào là yếu tố điều khiển quan trọng
cho hoạt động của nó.
- Gene ung thư ras mã hóa các protein bọc GTP và biểu hiện hoạt tính GTPase. Chúng
có thể giống với các protein G có hoạt tinh GTPase và đóng vai trò trong điều khiển
enzyme adenyl cyclase và do đó và vì thế mức độ của AMP vòng trong tế bào. Chức
năng của các sản phẩm gene ras đang được quan tâm vì có nhiều bằng chứng cho thấy
chúng có liên quan đến các sản phẩm gene ras đặc hiệu trong một số loại bệnh ung thư
nhất định ở người
- Cuối cùng một vài gene ung thư khác như jun, fos, erbA và myc mã háo tạo các yếu
tố phiên mã trong nhân, chúng hoạt động giúp sự bireeur hiện của những gene đặc thù.
Rõ ràng, một số gene hoạt động sẽ chứng tỏ để mã hóa các sản phẩm có chức năng là
chất điều hòa giúp tế bào phân chia.
44

45. - Tóm lại, sản phẩm của các gene ung thư là những protein đóng vai trò trung tâm
trong việc kích thích tế bào phân chia một hoặc nhiều lần. Trong một số trường hợp
sản phẩm của các gene này có thể bị thay đổi hoặc tạo protein đột biến cái mà kích
ngòi giúp tế bào phân chia cái mà bình thường không phân chia trong điều kiện tồn tại.
Một số trường hợp khác, sản phẩm gene ung thư đã kích thích sự phân chia tế bào một
cách bất bình thường bằng cách tạo ra quá nhiều hoặc tổng hợp được số lượng lớn hơn
tế bào bình thường.
VI. Gene tiền ung thư và gene ung thư tế bào
- Nhiều gene có trình tự DNA rất giống với các gene ung thư của retrovial và mã hóa
các protein có đặc tính tương tự được định danh trong bộ gene của động vật bậc cao
bao gồm cả người bằng cách sử dụng 2 hướng thí nghiệm khác nhau. 1/ Hướng thứ
nhất có liên quan đến tìm các trình tự DNA trong tế bào có thể lai chéo được với các
gene ung thư của virus động vật. Hướng thứ 2 có liên quan đến tìm trực tiếp những
gene gây ung thư trong genome của tế bào ung thư bằng thí nghiệm truyền nhiễm .
Trong thí nghiệm này người ta tách chiết DNA của các tế bào khối u sau đó đưa vào
các tế bào bình thường đang nuôi cấy mô để xem nếu nó có thể biến đổi được các tế
bào bình thường này thành tế bào ung thư không? Cả 2 hướng nghiên cứu này đều đã
thành công và trong một số trường hợp cả hai thí nghiệm đều cho kết quả giống nhau
đối với mỗi loại gene ung thư. Những gene tương đồng với một số gene ung thư của
virus thường tồn tại ở những sinh vật nhân chuẩn bậc thấp như nấm men.
1. Tính tương đồng với các gene ung thư của virus
- Như đã đề cập ở phần trên, gene ung thư src lần đầu tiên được xác định trong bộ
gene của virus gây bướu thịt cá trích (RSV) được phân tách từ gà. Khi sử dụng enzyme
sao chép ngược đảo ngược gen src của virus RSV thành dạng cDNA (hình 13.3) và
cDNA này được đánh đấu phóng xạ bằng 32
P rồi sử dụng làm mẫu dò trong thí nghiệm
lai DNA (Southern blot) với DNA genome của các con gà bình thường thì thấy cDNA
gene src được lai với những đoạn cắt đặc thù DNA genome trong nhiều lần nghiên
cứu. Điều thực tế này không liên quan gì đến nguồn DNA của gà nghiên cứu. Hơn thế
45

46. nữa những trình tự DNA genome tương tự cũng có thể lai được với mẫu dò cDNA của
gene src đã được phát hiện trong tất cả các động vật có xương sống, thậm chí cả ở ruồi
giấm
- Nhiều nghiên cứu sau này cũng cho thấy các nguồn DNA genome từ nhiều nguồn tế
bào bình thường của tất cả các động vật bậc cao đều chứa các trình tự DNA có thể lai
được với tất cả các trình tự gene ung thư của retroviral. Trong một số trường hợp, các
trình tự này tương đồng với các gene ung thư của retroviral như ras chẳng hạn cũng
được phát hiện ở các sinh vật nhân chuẩn bậc thấp như nấm men.
- Người ta có thể bắt đầu phán đoán bằng những trình tự DNA genome lai được với
gene ung thư này tồn tại đơn giản trong các provirus kết gắn. Tuy nhiên điều này
chứng tỏ không phải là một ngoại lệ. Thực sự khi những trình tự này được tách ra từ
thư viện genome rồi đặc tính hóa thì chúng được thấy như là những gene bình thường
về cấu trúc khác hẳn so với những gene ung thư của virus tương đồng. Những gene tế
bào bình thường có tương đồng với gene ung thư hiện nay được gọi là gene tiền ung
thư potoencogene. Trong một số trường hợp, những gene tiền ung thư này có thể đột
biến thành những dạng có khả năng gây ung thư. Tức chuyển trạng thái tế bào thành
trạng thái khối u hoặc giống ung thư. Ở trạng thái giống ung thư được gọi là gene ung
thư tế bào, để phân biệt với các phần khác của virus.. Điều này có nghĩa rằng bây giờ
chúng ta phải phân biệt rõ gene ung thư virus như là v-onc, v-src, v-sis và v-myc.
- Điều thú vị là một số gene giống với gene ung thư tế bào được phát hiện bằng cách
lai với trình tự gene ung thư của virus cũng đã được phát hiện trên cơ sở khả năng của
chúng biến dạng các tế bào nuôi cấy thành trạng thái khối u hoặc giống khối u như
những nghiên cứu chuyển DNA trực tiếp gọi là những thí nghiệm truyền nhiễm.
2. Thí nghiệm truyền nhiễm (Transfection)
- Việc phát hiện những gene ung thư tế bào bằng thí nghiệm chuyển nhiễm
(transfection) dựa trên cơ sở khả năng của gene ung thư làm đảo ngược tế bào không
ung thư thành trạng thái ung thư. Hiện tượng này gọi là hiện tượng biến nạp tế bào,
khác hoàn toàn so với quá trình cũng gọi là biến nạp (transformation) do tái tổ hợp xẩy
ra ở vi khuẩn.
46

47. - Khi tế bào bình thường (nontransformed, không biến nạp) sinh trưởng trong môi
trường nuôi cấy sẽ ngừng phân chia khi chúng tiếp xúc với các tế bào bên cạnh, hiện
tượng này gọi là hiện tượng ức chế do tiếp xúc (contact inhibition), nhờ vậy chúng
hình thành nên một lớp đơn tế bào trên bề mặt bình nuôi cấy hoặc đĩa petri nuôi chúng.
Tế bào biến nạp không biểu hiện hiện tương ức chế tiếp xúc này, chúng tiếp tục phân
chia mặc dầu đã tiếp xúc với tế bào bên cạnh và sẽ hình thành nên nhiều đống tế bào
hoặc khối u trên bề mặt bình nuôi cấy (hình 17.3).
- Khi DNA của tế bào bình thường được sử dụng trong thí nghiệm truyền nhiễm, kết
quả có rất ít nhưng phát hiện được sự biến nạp tế bào xẩy ra. Khi DNA của tế bào
biến nạp được sử dụng lần hai thí nghiệm truyền nhiễm đã phát hiện thấy tần số biến
nạp tế bào cao hơn xẩy ra. Tần số cao hơn nữa nếu dùng DNA của những dòng tế bào
biến nạp nhất định so với việc dùng DNA các nhân dòng tế bào biến nạp khác nhau.
Điều này chứng tỏ rằng những thay đổi di truyền có vai trò đối với trạng thái biến nạp
ở nhóm nhân dòng tế bào đầu, nhưng những thay đổi trên bề mặt (noninherited
developmental changes, thay đổi quá trình phát triển không được di truyền) chịu trách
nhiệm tạo trạng thái biến nạp trong nhóm dòng tế bào thứ hai.
- Thí nghiệm truyền nhiễm cũng đã được sử dụng để chúng tỏ sự hiện diện các gen
ung thư tế bào trong dòng tế bào nuôi cấy có nguồn gốc khác nhau và khối u động vật
do hóa chất gây nên.
- Hầu hết các gen ung thư được phát hiện qua thí nghiệm truyền nhiễm đã được phân
lập sử dụng kỹ thuật nhân dòng gen và tái tổ hợp DNA.
- Khi gen ung thư phân lập này so sánh với gen ung thư của retroviruses, bằng nhiều
cách khác nhau như lai DNA, phân tích enzyme giới hạn và giải trình tự DNA, nhiều
gen đã phát hiện là có tương đồng với gen ung thư của retrovirus. Thí dụ như gen ung
thư c-H-ras nhận diện thông qua thí nghiệm truyền nhiễm sử dụng DNA tế bào ung
thư bàng quang người tương đồng với gen ung thư v-H-ras của virus bướu thịt Harvey.
3. Gen ung thư tế bào chứa intron, sự tương đồng virus chứa toàn exon
47

48. - Gen ung thư của virus cũng có nhiều đoạn tương đồng với nhiều trình tự DNA trên
nhiễm sắc thể của cây và con bình thường. Trình tự tương đồng này khác so với gen
ung thư virus là có trình tự ngắt mã giống như hầu hết các gen nhân chuẩn khác.
- Gen ung thư và tiền ưng thư tế bào thường có nhiều exon xen giữa các intron, trong
khi gen ung thư virus chỉ bao gồm toàn exon đơn. Gen tiền ung thư tế bào src gà chứa
11 intron xen 12 trình tự mã hóa, trong khi gen v-src của virus RSV (Rous sarcoma
virus, virus bướu thịt Rous) chỉ có một trình tự mã hóa không ngắt quãng (hình 17.4).
- Gen v-src và c-src mã hóa protein kinase xúc tác gắn gốc phosphat vào các vị trí
tyrosine. Hai protein kinase này có cùng kích thước và cấu trúc rất giống nhau, cả hai
đều phản ứng với protein kháng nguyên gen v-src.
- So sánh trình tự nu của gen c-src gà với gen v-src của một chủng virus RSV, chủng
Schmid-Ruppin cho thấy hai gen mã hóa sinh 2 protein rất giống nhau. Protein c-src
dài 533 amino acid, còn protein v-src dài 526 amino acid. Phần khác nhau giữa hai
protein xẩy ra ở đầu cacboxyl, tại đây 12 amino acid cuối của protein v-src được thay
bằng 19 amino acid khác hoàn toàn nhau của protein c-src. Sự khác nhau trong 18 cặp
nu đơn ở trình tự mã hóa của 2 gen v-src và c-src dẫn đến làm thay đổi 8 amino acid
của protein sản phẩm. Sự thay đổi 8 amino acid của protein v-src chủng virus RSV
Schmid-Ruppin hình như không có liên quan gì đến khả năng sinh ung thư của protein
v-src vì nó không thường có ở các gen ung thư virut v-src của các chủng RSV khác.
Sự khác nhau chủ yếu giữa 2 gen này là ở 11 intron có trong gen c-src, còn không có
intron nào ở gen v-src (hình 17.4).
- Hiện chúng ta vẫn chưa rõ bằng cách nào protein kinase do gen ung thư của virus mã
hóa gây nên được khối u, tuy nhiên có thể có một cơ chế liên quan đến phần lớn các
enzyme sinh ra trong tế bào nhiễm virus. Lượng protein kinase trong tế bào u gà
nhiễm virus RSV lượng protein kinase v-src cao hơn 100 lần tế bào gà bình thường.
4. Bảo tồn gen tiền ung thư trong tiến hóa
- Sản phẩm của gen tiền ung thư đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và
phân chia tế bào nên chúng được bảo tồn cao trong tiến hóa.
48

49. - Gen c-src được tìm thấy không những ở gà mà còn ở nhiều loài chim khác, ở động
vật có vú, gồm cả người, cá và thậm trí cả côn trùng ruồi dấm.
- Nhiều gen tiền ung thư khác được bảo tồn ở nhiều loài sinh vật khác nhau. Tất cả
động vật xương sống đều có gen tiền ung thư tương đồng với tất cả các gen ung thư
liệt kê ở bảng 17.1.
- Ruồi dấm chứa các gen tế bào bình thường biểu hiện tương đồng cao với các gen ung
thư tế bào động vật xương sống khác như: c-abl, c-erbB, c-fps, c-raf, c-ras và c-myb,
hơn thế còn tương đồng với cả gen c-src. Genome ruồi dấm chứa 2 gen tương đồng
với src và 3 gen tương đồng với ras giống như các genome động vật xương sống.
- Gen tiền ưng thư ras được tìm thấy 2 tương đồng ở trong nấm men saccharomyces
cerevisiae, chứng tỏ có nhiều gen tiền ung thư được bảo tồn rộng trong quá trình tiến
hóa.
- So sánh trình tự các gen tiền ung thư tương đồng giữa các loài cho thấy chúng hầu
hết chúng được bảo tồn rất cao, trình tự nu khác nhau it hơn 15%, thậm trí so sánh ở 2
loài xa nhau như nấm men và động vật có xương sống thì trình tự amino acid gen tiền
ung thư ras, dự đoán dựa trên trình tự nu thấy 2/3 vị trí amino acid vùng đầu amin của
protein giống nhau đến 75%.
- Vùng bảo thủ cao thực hiện cùng chức năng hoặc có chức năng rất tương tự ở nhiều
loài có gen này.
- Tính bảo tồn gen tiền ung thư ở nhiều loài xa nhau chứng tỏ sản phẩm của chúng có
vai trò quan trọng, vì thế được chọn lọc tự nhiên giữ lại.
- Mặc dù chúng ta chưa hiểu hết về vai trò của sản phẩm các gen tiền ung thư trong tế
bào bình thường, nhưng hình như rõ ràng rằng chúng có liên quan trực tiếp đến quá
trình phân chia tế bào.
5. Sản phẩm gen tiền ung thư là chất điều hòa phân bào chính
- Phần giống nhau về cấu trúc và chức năng giữa các gen tiền ung thư đóng vai trò
trung tâm kiểm soát phân chia tế bào.
49

50. - Gen tiền ung thư chia thành 4 nhóm: 1/ các gen mã hóa sinh các yếu tố sinh trưởng
như c-sis hoặc chất thụ cảm yếu tố sinh trưởng như c-fms và c-erbB; 2/ các gen mã hóa
các protein bọc GTP có hoạt tính GTPase như c-H-ras, c-K-ras và N-ras; 3/các gen
protein kinase đặc thù tyrosine như c-abl, c-fes, c-fgr, c-fps, c-ros, c-src và c-yes hoặc
tạo nhưng protein kinase đặc thù serine/threonine như c-mil, c-mos và c-raf; 4/ các gen
mã chất điều hòa phiên mã như c-fos, c-fun, c-erbA, c-myc và có thể là c-myb và c-ets.
- Hầu hết sản phẩm của các gen tiền ung thư là các chất điều hòa sinh trưởng hoặc các
chất thụ cảm yếu tố sinh trưởng như các chất thụ cảm mã hóa bởi các gen c-erbB và c-
fms.
- Cấu trúc sơ khai của các chất thụ cảm yếu tố sinh trưởng có hoạt tính protein kinase
đặc thù tyrosine nội bào được trình bầy ở hình 17.5.
- Chức năng của các protein của gen tiền ung thư có liên quan đến quá trình truyền các
tín hiệu từ bề mặt tế bào vào trong nhân, chúng bọc lấy yếu tố sinh trưởng trên vị trí
bọc bề mặt ngoài tế bào và truyền tín hiệu thông qua kênh phân phối đến vị trí kinase
hóa tyrosine nội bào, làm hoạt hóa enzyme kinase và gây ra quá trình phosphoryl hóa
một số protein nội bào chính.
- Hoạt tính vị trí của enzyme kinase tyrosine có thể liên quan đến quá trình tự
phosphoryl hóa vì protein thụ cảm kinase này hình như phải trải qua quá trình tự
phosphoryl hóa lại những vị trí tyrosine đặc thù gần đầu COOH của protein nội bào.
- Chất thụ cảm yếu tố sinh trưởng phải trải qua quá trình phosphoryl hóa bởi enzyme
kinase của tế bào khác như protein kinase C và phải tương tác với các yếu tố protein
định hướng hoạt động khác. Quá trình truyền tín hiệu này còn phụ thuộc vào cấu hình
3 chiều của phân tử thụ cảm với tất cả các đại phân tử khác mà chúng tương tác.
- Protein c-src và sản phẩm của một số gen tiền ung thư cũng có hoạt tính protein
kinase đặc thù kinase. Tuy nhiên, các protein kinase này không phải là các protein
xuyên màng nhưng kết hợp được với bề mặt màng nguyên sinh chất. Các protein này
có liên quan đến truyền tín hiệu nhưng chưa rõ tín hiệu phản ứng và bằng cách nào tín
hiệu đó được truyền qua. Nhưng có lẽ phosphoryl hóa các protein đích nội bào là các
thức hoạt động chính của sản phẩm gen tiền ung thư.
50

51. 6. Pjun và pfos là chất hoạt hóa phiên mã gen
- Sản phẩm của 2 gen tiền ung thư c-jun và c-fos giống với các protein được xác định
là thành phần phức hợp nhân hoạt hóa quá trình phiên mã các gen đặc thù.
- Sản phẩm gen c-jun là yếu tố phiên mã AP-1 là yếu tố nhân cần cho phiên mã được
kích hoạt bởi những hợp chất kích thích tạo u nhất định. Yếu tố phiên mã AP-1 (pjun)
bọc đặc thù vào yếu tố tăng cường trong genome virus 40 khỉ và gen IIA của vượn
người.
- Vị trí bọc DNA của AP-1 là trình tự lõi TGACTCA. Sản phẩm gen tiền ung thư c-
fos tạo nên một phức hợp chặt chẽ với sản phẩm của gen c-jun. Cả hai protein tiền ung
thư đều giầu leucine có khả năng hình thành nên các vùng xoắn α với các chuỗi mang
leucine đối diện hình thành nên khóa leucine (leucine zipper).
- Mô hình hoạt động phức hợp sản phẩm protein hai gen c-jun và c-fos trình bầy ở hình
17. 6 về hoạt tính điều khiển phiên mã từ xa các gen phản ứng bởi phức hợp hai gen c-
Jun và c-Fos.
7. Nguồn gốc đột biến gen ung thư tế bào ras
- Sự tồn tại gen ung thư trong tế bào ung thư có thể nhận diện bởi khả năng gây biến
nạp tế bào nuôi cấy thành trạng thái, ở nhiều dạng tế bào ung thư người bằng thí
nghiệm truyền nhiễm đều phát hiện ra gen ung thư.
- Khi gen ung thư từ tế bào ung thư người qua nhân dòng và được đặc tính thì thấy
chúng thường là dẫn xuất của gen tiền ung thư c-ras.
- Genome của tất cả các động vật xương sống đều chứa 3 gen tiền ung thư khác nhau
nhưng tương tự gen ras, hai trong số đó là c-H-ras và c-K-ras họ hàng rất gần với gen
ung thư v-ras lần lượt của chủng Harvey và Kirsten virus bướu thịt chuột. Gen thứ 3
N-ras, đến nay không phát hiện thấy tương đồng với bất kỳ genome ritroviral nào.
- Ba gen tiền ung thư ras đều mã hóa protein bọc GTP tương tự có hoạt tính GTPase.
Đáng tiếc, chức năng của các protein ras này vẫn chưa rõ.
- Cả 3 gen tiền ung thư đều trải qua đột biến thành các dẫn xuất các gen ung thư khác
nhau.
51

52. - Khi gen ung thư tế bào tồn tại trong khối u bàng quang được nhân dòng và xác định
trình tự, cho thấy chúng có nguồn gốc từ gen tiền ung thư c-H-ras. Đặc biệt, tính ung
thư gen đột biến EJ c-H-ras là do đột biến thay thế cặp bazo đơn gây nên khả năng
hoặc mất khả năng của 2 gen gây biến nạp tế bào NIH 3T3 đang nuôi cấy. Gen ung
thư được sinh từ gen tiền ung thư nhờ đột biến thay thế cặp nu GC thành TA, dẫn đến
thay glycine bằng valine ở amino acid thứ 12 tính từ đầu amin ở protein thường.
- Nhiều gen ung thư retroviral như EJ c-H-ras từ bướu bàng quang người không tổng
hợp lượng lớn protein không bình thường. Hiện tại vẫn chưa rõ tại sao sự thay đổi nhỏ
ấy trong gen tiền ung thư mà gen tế bào bình thường nên tạo ra gen ung thư có khả
năng biến nạp các tế bào thành trạng thái ung thư.
- Một số bệnh nhân ung thư chứa gen ung thư và gen tiền ung thư c-H-ras dị hợp tử.
Điều này chứng tỏ rằng gen ung thư gây nên hiện tượng thiên hướng chứ không ung
thư chứ không thay đổi qua trung gian mới đến ung thư.
- Sự đa dạng gen ung thư của 3 gen tiền ung thư c-ras đã được phát hiện và đặc tính
từ một số lượng lớn dòng tế bào các bộ phận ung thư khác nhau ở động vật có vú.
- Các đột biến alen ung thư ras là kết quả thay thế một trong 3 amino acid trong sản
phẩm gen ras gây nên.
- Tất cả các đột biến gen ras thành ung thư có liên quan từ 1 đến 3 codon thứ 12, 59 và
61 trình bầy ở bảng 17.2.
- Các đột biến này rất hay là không làm thay đổi khả năng bọc GTP của protein ras,
nhưng làm giảm hoặc làm mất hoạt tính GTPase.
- Những protein bọc GTP có hoạt tính GTPase gọi là protein G tương tác với adenylate
cyclase và làm thay đổi lượng cAMP trong tế bào, do đó biến đổi phản ứng trao đổi
chất tế bào.
- Protein G là protein màng bất hoạt trừ khi được kích hoạt khi tương tác với chất thụ
cảm hocmon đặc thù. Khi đó protein G bọc lấy GTP và định hướng hoạt tính
adenylate cyclase. Tuy nhiên, khi GTP bọc vào protein G bị thủy phân do hoạt tính
GTPase vốn có làm protein bất hoạt.
52

53. - Việc mất hoạt tính GTPase có thể khóa protein ras ở dạng hoạt hóa có thể kích cò
làm phân chia tế bào tiếp tục xẩy ra và hình thành khối u.
- Kết luận các sản phẩm gen của gen ras đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát
phân chia tế bào.
8. Chuyển vị điểm gẫy tại locus tiền ung thư
- Có mối tương quan giữa kiểu ung thư với những thay đổi đặc thù trong cấu trúc
nhiễm sắc thể, đặc biệt hiện tượng gẫy và chuyển vị nhiễm sắc thể đến nơi không
tương đồng, thiếu và mất đoạn liên quan đến nhiễm sắc thể đặc thù. Thường điểm gẫy
xẩy ra ở các điểm giống nhau của nhiễm săc thể đặc thù này ở kiểu ung thư nhất định.
Thí dụ như nhiễm sắc thể Philadelphia số 22 của người mất một đoạn lớn vai dài, 90%
người có nhiễm sắc thể kiểu này bị bệnh ung thư bạch cầu mạn hà lan (chronic
myelogenous leukemia).
- Hiện nay vị trí gẫy và chuyển vị nhiễm sắc thể của từng chiếc liên quan đến từng
loại bệnh ung thư đã được biết (hình 17.7). Điểm gẫy và sắp xếp lại nhiễm sắc thể gây
biểu hiện gen tiền ung thư hoặc các gen điều hòa quan trọng khác cạnh điểm gẫy bị
thay đổi.
- Nhiễm sắc thể Philadelphia được sinh ra do chuyển vị qua lại liên quan đến các đầu
của nhiễm sắc thể số 9 và 22 (hình 17.8). Điểm gẫy trên nhiễm sắc thể số 9 làm
chuyển vị xẩy ra rất gần gen tiền ung thư c-abl và sự trao đổi đã chuyển gen c-abl sang
nhiễm sắc thể 22. Một số bệnh nhân tạo ra phiên mã gen c-abl không bình thường, số
khác điểm gẫy xẩy ra xa hơn nhưng luôn phiên mã theo hướng 5’.
- Bệnh ung thư tế bào lymphocyte B sản xuất kháng thể, thường thấy ở một số vùng
châu phi, những người bị nhiễm bệnh virus Epstein-Barr. Chuyển vị xẩy ra ở tế bào B
của bệnh nhân Burkitt lymphoma liên quan đến nhiễm sắc thể số 8 và một trong 3
nhiễm sắc thể khác 2, 4 và 22 là nhiễm sắc thể mang gen sinh kháng thể, nhiễm sắc thể
14 mang các gen sinh kháng thể chuỗi nặng. Tế bào lymphoma B thường tiết kháng
thể , vì thế gen sinh kháng thể chuỗi nặng được biểu hiện ở tế bào ung thư này.
- Vị trí nhiễm sắc thể thường gẫy gây chuyển vị giữa nhiễm sắc thể 8 và 14 ở tế bào
ung thư lymphoma Burkitt tương ứng là băng q24 và q32 (hình 17.9).
53

54. - Gen tiền ung thư c-myc nằm ở băng q24 nhiễm sắc thể số 8, gen này được chuyển
đến cạnh các gen sinh chuỗi nặng nhiễm sắc thể 14 bằng chuyển đoạn. Gen tiền ung
thư c-myc thường biểu hiện bất bình thường khi đến vị trí mới đóng góp hình thành
nên tế bào ung thư lymphoma Burkitt.
9. Hoạt hóa gắn chèn gen tiền ung thư
- Có 2 loại virus biến nạp cấp tính như virus bướu khỉ mang gen ung thư v-src và virus
biến nạp chậm không mang gen ung thư và kích thích biến nạp tế bào thành trạng thái
ung thư sau thời gian ủ bệnh dài vài tháng.
- Virus biến nạp chậm thường gây ung thư bằng kết gắn provirus vào cạnh gen tiền
ung thư, vì thế đã hoạt hóa gen tiền ung thư thành trạng thái biểu hiện quá mạnh (hình
17.10). Đoạn lặp lại tận cùng dài DNA provirus (LTRs) của virus gây u RNA chứa
yếu tố tăng cường hay promoter rất mạnh. Việc nhập provirus vào có thể dẫn đến
phiên mã được tăng cường nằm gen lân cận.
- Bệnh u lymphoma tế bào B là một ví dụ liên quan đến hoạt động kích hoạt gen tiền
ung thư thường bởi virus leukosis chim (ALV). Genome virus này không chứa gen
ung thư, nhưng gây nhiều bệnh ung thư nặng cho gà nhiễm bệnh lymphoma. Provirus
đã kết gắn vào cạnh gen tiền ung thư c-myc đã hoạt hóa phiên mã gen này tăng lên từ
30 – 100 lần cao hơn tế bào bình thường.
- Hơn nữa phiên mã gen c-myc còn chứa cả trình tự ALV LTR đầu 5’, chứng tỏ phiên
mã bắt đầu từ đầu promoter của LTR provirus (hình 17.10). Bệnh này là kết quả kết
gắn ALV LTR chứa promoter/enhancer mạnh vào cạnh gen tiền ung thư c-myc.
- Nhiều gen tiền ung thư khác như c-myb và c-erbB và kết gắn xẩy ra vào cạnh gen và
cả intron của gen tiền ung thư, chứng tỏ yếu tố LTR của provirus chịu trách nhiệm làm
tăng cường phiên mã.
10. Khuyếch đại gen tiền ung thư trong tế bào ung thư
- Khuyếch đại gen sẽ làm tăng lượng sản phẩm gen, đôi khi sự khuyếch đại là thành
phần bình thường quá trình phát triển, như trường hợp khuyếch đại gen sinh rRNA
trong quá trình sinh trứng động vật.
54

55. - Khuyếch đại được kích hoạt xẩy ra nhờ chọn lọc tăng lên tính chống chịu sự ức chế
của enzyme cần thiết.
- Gen tiền ung thư đặc thù thường được khuyếch đại ở một số loại ung thư nhất định.
- Khuyếch đại và siêu biểu hiện sản phẩm gen tiền ung thư có thể liên quan mạnh đến
phát sinh ung thư vì sản phẩm của các gen này đóng vai trò điều khiển phân chia tế
bào.
- Thuốc methotrexate tác dụng ức chế enzyme khử dihydrofolate, xúc tác một khâu
cần thiết trong tổng hợp dTMP liên quan đến tổng hợp DNA. Methotrexate bọc lấy vị
trí hoạt động của enzyme khử dihydrofolate ngăn cản nó không bọc được chất bình
thường. Nếu chúng ta chọn những tế bào chống lại nồng độ methotrexate tăng dần thì
một số tế bào sẽ trở nên chống chịu bằng cách khuyếch đại gen mã hóa enzyme khử
dihy. Tế bào nào chống chịu sẽ có nhiều copy gen này và tổng hợp nhiều enzyme khử
dihydrofolate hơn tế bào bình thường.
- Phân tử DNA tồn tại trong nhiễm sắc thể DM dài biến động từ 50 kb đến vài trăm kb.
Phần DNA trên nhiễm sắc thể trải qua quá trình khuyếch đại được gọi là một
amplicon.
- Mô hình tổng quát quá trình khuyếch đại trình bầy ở hình 17.12 về mức tăng cao của
gen dihydrofolate reductase, phản ứng lại việc chọn lọc tính kháng thuốc methotrexate
loại động vật nguyên sinh Leishmania tropica. Tuy nhiên, đối với động thực vật bậc
cao thì cơ chế khuyếch đại ra sao vẫn chưa rõ.
- Khuyếch đại gen tiền ung thư tế bào có thế liên quan trực tiếp đến quá trình phát sinh
ung thư ở một số dạng ung thư nhất định. Như gen tiền ung thư c-myc được khuyếch
đại với tần suất rất cao ở u ung thư phổi tế bào nhỏ, nhưng có tần suất thấp ở dạng ung
thư khác.
- Alitalo và cộng sự phát hiện có nhiều copy gen c-myc ở HSR trên nhiễm sắc thể X
không bình thường trong các tế bào ác tính của bệnh nhân ung thư hậu môn (colon). Ở
bệnh nhân nay chứa cả nhiễm sắc thể DM mang gen c-myc khuyếch đại.
55

56. - Khuyếch đại gen tiền ung thư làm sản xuất quá nhiều sản phẩm gen tiền ung thư, sự
kiện khuyếch đại có thể không liên quan đến xuất phát ung thư, nhưng đóng góp vào
các bước tiếp theo trong đường hướng dẫn đến ung thư.
- Khuyếch đại liên tục (hồi quy) gen tiền ung thư sp’’cific trong loại tế bào ung thư đặc
biệt chúng tỏ rằng chúng có liên quan đến quá trình phát sinh ung thư.
11. Nguồn gốc gen ung thư virus
- Gen ung thư virus được tiến hóa từ những gen tiền ung thư tế bào bình thường, tính
tương đồng giữa chúng có thể là do provirrus đã kết gắn vào nhiễm sắc thể tế bào tạo
nên. Nhưng không có nghĩa là nó phải tiến hóa từ gen tiền ung thư tế bào mà có thể
tiến hóa từ gen tiền ung thư tổ tiên
- Sự khác nhau cơ bản giữa chúng là gen tiền ung thư tế bào chứa intron còn gen ung
thư virus thì không chứa intron, chỉ toàn chứa các exon.
- Trong một số trường hợp, nhiều retrovirus xâm nhiễm những loài họ hàng xa nhau đã
gặp phải các bản copy của gen tiền ung thư tương tự như virus ung thư simian khỉ và
virus ung thư mèo(feline) mang gen ung thư virus có nguồn gốc từ gen tiền ung thư c-
sis. Như vậy nhiều virus gần nhau chứa các gen ung thư có nguồn gốc từ các gen tiền
ung thư tế bào hoàn toàn không có liên quan nhau.
VII. Ung thư là kết quả cuối cùng của quá trình nhiều bước
- Trạng thái ung thư là sản phẩm hậu của quá trình nhiều bước. Dòng tế bào dùng
trong thí nghiệm truyền nhiễm có thể đang ở giai đoạn trung gian ung thư.
- Một số gen ung thư nhất định có thể có hiệu quả hợp tác trong quá trình kích thích
tạo thành ung thư.
- Gen ung thư khác nhau có thể có thể đóng vai trò tạo ra ung thư ở những loại tế bào
khác nhau.
- Nhiều sự kiện phân tử khác nhau có liên quan đến làm tăng khả năng phân chia tế
bào, làm tăng khả năng khối u xâm lấn các mô bên cạnh và tăng khả năng di căn. Về
vấn đề này đối với ung thư người vẫn còn cần phải được xác định.
56

57. - Công việc tiếp theo và các nghiên cứu trong tương lai về gen tiền ung thư và ung thư
sẽ hứa hẹn thu được thông tin quan trọng về chu trình phân tử điều khiển chu trình
phân chia tế bào ở sinh vật nhân chuẩn bậc cao như người.
VIII. Kết luận
- Chu kỳ tế bào trải qua: tái bản DNA, cô đặc nhiễm sắc thể, các giai đoạn phân tách
nhiễm sắc pha M xẩy ra một cách chính xác và tuần tự.
- Tế bào phải trải qua hai thời điểm quan trọng là: bắt đầu vào cuối giai đoạn G1,
quyết định việc tổng hợp DNA ở đầu pha S và hàng loạt các bước của pha M, cô đặc
và phân tách nhiễm sắc.
- Các protein G-cyclin được tổng hợp và tích lũy ở gian kỳ (interphase) và phân rã
trong pha M .
- Protein kinase ký hiệu pp34 là chất quan trọng điều khiển chu kỳ tế bào, pp34 hình
thành một phức hợp với cyclin có vai trò kích thích phân chia nguyên nhiễm. Protein
kinase pp34 có thể kiểm soát sự khởi đầu phân bào nhờ tương tác với G1-cyclin.
- Protein điều hòa pp34 giúp tế bào không phân chia hay phân chia được bằng cách
phosphoryl hóa hay không phosphoryl hóa tyrosine số 15.
- Ở nấm men đột biến thấy vị trí tyrosine 15 của pp34 được thay thế bằng
phenylalanine, không xẩy ra phosphoryl hóa làm chu kỳ tế bào xẩy ra bất bình thường.
- Điều khiển phân chia tế bào sinh vật đa bào đòi hỏi cơ chế điều hòa phức tạp hơn, vì
mỗi mô trong cơ quan và mỗi cơ quan trong một cơ thể phải sinh trưởng đến một kích
thước chính xác, vị trí chính xác, hài hòa với các tế bào, mô và cơ quan khác cơ thể.
- Mối liên lạc giữa các tế bào trong sinh vật đa bào đóng vai trò cức quan trọng trong
chu kỳ tế bào.
- Gen tiền ung thư mã hóa sinh ra các protein có chức năng theo nhiều cách liên lạc
giữa các tế bào khác nhau.
57

58. - Gen ung thư retroviral mã hóa các sản phẩm làm tế bào bình thường trải qua biến
đổi thành trạng thái ung thư. Các gen bình thường có trong nhiễm sắc của thể động
vật, tương đồng với các gen ung thư của virus retroviral được gọi là các gen tiền ung
thư.
- Các gen tiền ung thư có thể biến đổi thành gen ung thư do đột biến, do kết hợp với
trình tự điều hòa mới hoặc do hiện tượng khuyếch đại gen làm sản sinh quá nhiều sản
phẩm gen tiền ung thư.
- Gen tiền ung thư có thể phát hiện bằng cách lai với mẫu dò là các gen ung thư
retroviral, dẫn xuất ung thư gen tiền ung thư có thể được phát hiện bằng thí nghiệm
truyền nhiễm trên cơ sở khả năng làm các tế bào nuôi cấy tiến hành biến đổi thành
trạng thái ung thư vì mất sự ức chế do liên lạc giữa các tế bào, dẫn đến hình thành khối
u trong nuôi cấy in vitro mà không hình thành lớp tế bào bề mặt.
- Hiện đã phát hiện và nghiên cứu được trên 20 gen ung thư retroviral và tiền ung thư
tương ứng khác nhau ở động vật. Gen tiền ung thư được bảo tồn cao ở động vật bậc
cao, chứng tỏ sản phẩm của chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều loài sinh vật.
- Sản phẩm gen tiền ung thư là các yếu tố sinh trưởng, chất thụ cảm yếu tố sinh
trưởng, chất tiếp nhận hocmon hay các chất hoạt hóa phiên mã từ xa, là các protein
xuyên màng gắn GTP và có hoạt tính xúc tác gắn GTP (GTPase). Cuối cùng sản phẩm
gen tiền ung thư có thể là protein enzyme kinase giúp gắn gốc phosphat đặc thù vào vị
trí tyrosine hoặc serine/threonine, có tác dụng giúp truyền tín hiệu từ bề mặt màng vào
nhân và phiên mã tế bào.
- Ba thành viên họ gen tiền ung thư c-ras là c-K-ras, C-H-ras và N-ras phát hiện thể
đột biến thành các dạng alen gen ung thư tế bào trong nhiều bệnh ung thư người khác
nhau. Các alen khác nhau do thay thế cặp nu đơn khác nhau của một trong ba codon
12, 59 và 61 của mRNA, làm thay đổi amino acid tại vị trí nay gây nên. Dẫn đến làm
mất hoạt tính GTPase của protein c-ras làm protein này mất khả năng điều khiển bình
thường làm xuất hiện ung thư ở dạng đột biến c-ras này.
58

59. - Gen tiền ung thư chưa những trình tự mã hóa ngắt quãng gồm exon và intron như
các gen bình thường khác, trong khi gen ung thư chỉ chứa toàn exon. Gen ung thư
retroviral bắt nguồn từ các phiên mã gen tiền ung thư được thành thục.
- Dạng tế bào ung thư ác tính là sản phẩm cuối của một dẫy quá trình liên quan đến
việc kích thích một số bước nhất định. Nghiên cứu chức năng sản phẩm gen tiền ung
thư giúp đưa ra các thông tin bổ ích về chu kỳ điều khiển phân chia tế bào ở sinh vật
bậc cao.
59