Hotline 247
04 6662 6362
 
Hà Nội
0968 378 899
 
Hồ Chí Minh
01289 777 888

Phát hiện đột biến Gen ức chế khối u ở một xác ướp Hungary thế kỉ 18

BioMedia

Theo thống kê của Tổ chức Y tế thế giới năm 2012, Ung thư đại trực tràng là bệnh lý ác tính phổ biến thứ ba trong các loại bệnh ung thư. Trên thế giới hiện nay có 1.4 triệu người được chẩn đoán bị ung thư đại trực tràng, chiếm 9.7% tổng số các loại ung thư. Đứng đầu danh sách là bệnh ung thư phổi (1.8 triệu, 13%) và thứ hai là bệnh ung thư vú (1.7 triệu, 11.9%) (Tổ chức Y tế Thế giới, 2012). 95% ung thư đại trực tràng xuất phát từ một polyp tuyến của đại tràng (polyp là một chỗ nhô lên trên bề mặt lớp biểu mô đại tràng). Những loại ung thư còn lại có thể là bệnh ung thư biểu mô nhầy và ung thư biểu mô tuyến vảy (Tổ chức Nghiên cứu Ung thư thế giới, 2015).

Khái niệm về ung thư đại trực tràng và các nguyên nhân gây bệnh

Đại trực tràng (hay còn gọi là ruột kết) là phần cuối cùng của đại tràng. Ruột già là đoạn cuối cùng của ống tiêu hóa, hình chữ U ngược, dài khoảng 1.5 – 2 m. Có nhiệm vụ tiếp nhận các thức ăn không tiêu hóa được (chất xơ...), một số vi khuẩn ở ruột già có thể sản xuất các vitamin cho cơ thể, hấp thụ nước và tạo nên phân để thải ra ngoài.. Đại tràng chia thành 4 đoạn: manh tràng, ruột thừa, kết tràng, đại trực tràng.

Đại trực tràng là phần đại tràng nằm ở hố chậu, trước xương cùng, sau bàng quang, tiền liệt tuyến, túi tinh ở nam; tử cung và âm đạo ở nữ. Dài khoảng 15 – 20cm, phần trên phình to gọi là bóng trực tràng, phần dưới hẹp là ống hậu môn.

Cấu tạo đại tràng (Nguồn: Internet)

Ung thư đại trực tràng có thể khởi phát từ bất cứ đoạn nào trên đại tràng hoặc trực tràng. Mặc dù đã có những bước tiến mới trong việc phát hiện và điều trị sớm giúp giảm tỷ lệ tử vong thế nhưng tỷ lệ mắc bệnh lại gia tăng. Thông thường, các tiền thân của ung thư đại trực tràng là các polyp tuyến, đó là những khối u lành tính trên lớp biểu mô đại tràng. Thời gian chuyển từ một polyp lành tính sang ác tính trung bình mất khoảng 3 – 5 năm. Hầu hết các polyp tuyến thường nằm rải rác tương tự như các bệnh ung thư đại trực tràng có gen biến đổi điển hình.

Hiện nay bệnh ung thư đại trực tràng được xem là căn bệnh của thời hiện đại hoá, khi mà các tác nhân gây bệnh được khẳng định hầu hết là do các yếu tố về lối sống và độ tuổi, và chỉ một số ít trường hợp là do rối loạn gen di truyền. Các yếu tố nguy cơ bao gồm chế độ ăn như sử dụng quá nhiều thịt đỏ, bệnh béo phì, việc lười tham gia vận động thể chất, hay quá trình chế biến thực phẩm như xử lý thịt để giữ được lâu, và uống rượu hay hút thuốc.

Đối với nguyên nhân do rối loạn di truyền gồm có: bệnh đa polyp tuyến gia đình (familial adenomatous polyposis - FAP) và ung thư đại trực tràng di truyền không đa polyp (hereditary nonpolyposis colorectal cancer - HNPCC), các bệnh này chỉ 5% tổng các trường hợp kể trên (Tổ chức Y tế Thế giới, 2014). Tuy nhiên, mặc dù ung thư đại trực tràng thể đa polyp tuyến gia đình chỉ chiếm tỷ lệ khoảng 1% trong ung thư đại trực tràng nói chung nhưng có ý nghĩa quan trọng vì đây là bệnh có khả năng di truyền cao. Ung thư đại trực tràng thể đa polyp tuyến gia đình là một ung thư bắt nguồn từ bệnh đa polyp tuyến gia đình (familial adenomatous polyposis: FAP), là một bệnh di truyền trội với nhiều các polyp trong đại trực tràng. Các polyp này ban đầu là lành tính nhưng về sau có thể trở thành ác tính nếu không được điều trị. Bệnh sinh của ung thư đại trực tràng thể đa polyp tuyến gia đình được cho là do đột biến của gen APC (adenomatous polyposis coli), một gen ức chế ung thư đa chức năng.

Khái niệm về gen Adenomatous polyposis coli (APC)

Phải trải qua hơn hai thập kỷ các nhà khoa học với phát hiện ra adenomatous polyposis coli (APC), tuy nhiên protein đặc biệt này vẫn còn là một bí mật khó hiểu. Trước đây con người đã không hề biết rằng APC rất quan trọng trong việc chống lại bệnh ung thư ruột kết: có 80% trường hợp ung thư đại trực tràng đa polyp tuyến gia đình, các gen APC bị đột biến cả do ngẫu nhiêu lẫn di truyền dòng mầm.

Adenomatous polyposis coli (APC) là một gen ức chế khối u quan trọng nằm trên nhiễm sắc thể số 5 của con người. Đột biến APC có liên quan chặt chẽ đến sự phát triển của u tuyến đại trực tràng và ung thư biểu mô. Khoảng 50% dân số sẽ phát triển khối u đại trực tràng bộc phát do đột biến trong một thời gian sống bình thường. Đặc biệt hơn, đột biến soma của gen APC không chỉ được phát hiện ở những bệnh nhân bị ung thư đại trực tràng, mà còn ở những bệnh nhân bị ung thư tuyến tụy, ung thư dạ dày, miệng ung thư biểu mô tế bào vảy, u nguyên bào gan, ung thư vú, khối u não và bướu sợi bó. Khoảng 80% đột biến soma của gen APC xảy ra tại "điểm nóng" cụ thể và được gom lại trong một khu vực từ codon 764 tới codon 1596 được gọi là đột biến vùng cụm (Mutation Cluster Region – MCR). Hơn 95% là đột biến chuỗi kết thúc sẽ dẫn đến sự biểu hiện của protein cắt ngắn. Sự bất hoạt alen ở APC là điều kiện cần thiết cho sự phát triển của hầu hết các khối u trong ruột kết và trực tràng.

Cuộc khám phá Gen ức chế khối u là nguyên nhân dẫn đến Ung thư Đại trực tràng ở một xác ướp Hungary thế kỉ 18

Vừa mới đây, các nhà khoa học ở Đại học Tel Avivz đã có một khám phá của cho thấy khuynh hướng di truyền ung thư đại trực tràng đã xảy ra trước thời kì hiện đại hóa. Nhóm nghiên cứu được dẫn đầu bởi Tiến sĩ Rina Rosin-Arbesfeld, Tiến sĩ Ella H. Sklan, cùng với Giáo sư Israel Hershkovitz và Michal Feldman. Phát hiện này được công bố ngày 10 Tháng 2 năm 2016, trên tạp chí PLOS ONE.

Năm 1994 và 1995, hơn 265 xác ướp được khai quật từ hầm mộ niêm phong trong các nhà thờ Dominican ở Vác, Hungary. Những hầm mộ này được sử dụng liên tục từ năm 1731 đến năm 1838 dành cho việc chôn cất các gia đình trung lưu và các giáo sĩ. Hầm mộ cung cấp các điều kiện lý tưởng cho việc ướp xác tự nhiên như nhiệt độ thấp, thông gió liên tục và độ ẩm thấp. Khoảng 70% các cơ thể được tìm thấy hoàn toàn nguyên vẹn hoặc còn lại một phần xác ướp. Công việc bảo quản và lưu trữ các mẫu mô cùng với những thông tin phong phú về các cá nhân được chôn trong hầm mộ đã thu hút các nhà nghiên cứu từ khắp nơi trên thế giới, những người quan tâm đến việc thực hiện các nghiên cứu về hình thái học và di truyền học của những thi hài còn lưu giữ lại.

Trước đây đã từng có các nghiên cứu tìm thấy bằng chứng di truyền của vi khuẩn lao (M. tuberculosis) trong những xác ướp, điều đó đã mở ra một hướng nghiên cứu di truyền mới trên nhóm xác ướp này. Ngoài ra, nhóm xác ướp này cũng bao gồm nhiều các cá thể khác nhau tạo thành một vùng phân bố tuổi tác đa dạng, rất thích hợp cho việc nghiên cứu đột biến ung thư tăng theo tuổi.

Các nhà nghiên cứu sử dụng các xác ướp ở Vác để đánh giá sự tồn tại của yếu tố di truyền ung thư đại trực tràng ở thời kỳ tiền công nghiệp hóa bằng cách giải trình tự các "điểm nóng" trong gen APC. Có 3 trình tự được khuếch đại và giải trình tự từ 3 xác ướp khác nhau. Trong đó biến thể E1317Q của APC, nguyên nhân dẫn đến các bệnh ung thư đại trực tràng được phát hiện trong mẫu ruột của một xác ướp. Sự hiện diện của các biến thể E1317Q trong ADN của một cá thể ở thế kỷ 18 cho thấy khuynh hướng di truyền ung thư đã tồn tại ở thời kỳ tiền công nghiệp. Tuy nhiên nghiên cứu này đòi hỏi một quy mô phân tích lớn hơn cho mục đích so sánh dịch tễ.

Vật liệu và phương pháp

Lấy mẫu và phòng ngừa nguy cơ lây nhiễm

Tổng cộng có 51 mẫu được lấy từ 20 xác ướp Vác (Bảng 1). Các mẫu vật được thu thập tại Phòng Nhân chủng học của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hungary đều phù hợp với các quy định về điều trị của khảo cổ học loài người ở Hungary. Không hề có những phân tích khuếch đại gen của ADN cổ đại được thực hiện. Việc chọn mẫu được tiến hành bằng các biện pháp ngăn ngừa nguy cơ lây nhiễm giữa các với mẫu bệnh phẩm với nhau. Mẫu bệnh được lấy từ các cơ quan bên trong bằng cách sử dụng kĩ thuật no-touch với dao phẫu thuật sử dụng 1 lần. Khu vực giải phẫu trước đó không được phép phơi nhiễm với môi trường bên ngoài. Các mẫu bệnh được đặt trong ống ADN vô trùng và lưu trữ ở nhiệt độ phòng.

Bảng 1. Danh sách các mẫu thu được từ xác ướp của VAC

ADN được ly trích trong phòng thí nghiệm được thiết kế riêng cho ADN cổ đại (aDNA). Nhằm ngăn việc chặn nhiễm chéo ADN đồng thời, các ống chỉ được mở ra trong tủ UV đã được chiếu xạ vô trùng, nơi trích ly ADN được thực hiện. Các phòng thí nghiệm aDNA được cách ly vật lý khỏi các phòng thí nghiệm dành cho phân tích ADN hiện đại. Quy trình ly trích được thực hiện trong phòng vô trùng UV và mỗi phòng đều được trang bị riêng về ống pipette, ống vô trùng sử dụng một lần, đầu tip lọc, thuốc thử sinh học phân tử và các dung dịch. Quần áo bảo hộ được sử dụng một lần và thay đổi thường xuyên. Tủ hút được chiếu xạ UV riêng biệt để dùng trong quá trình chuẩn bị ADN, trích ly ADN và chuẩn bị PCR. Tiếp theo, để tiếp tục giảm thiểu lây nhiễm DNA đồng thời, tất cả các thuốc thử, ống và các dụng cụ như lưỡi dao dùng một lần đều được chiếu tia UV trước khi sử dụng. Các đối chứng âm dùng để ly trích và khuếch đại được đưa vào để đảm bảo tính xác thực của những phát hiện aDNA.

Ly trích ADN

ADN được ly trích từ các mô xác ướp bằng cách sử dụng phương pháp cải tiến guanidin thiocyanate (GuSCN). Khoảng 500 mg mẫu mô được cắt thành các mảnh nhỏ khoảng 5 mm, đặt trong một ống đã được khử trùng tia UV cùng với nước cất hai lần rồi đem ủ ở 56°C qua đêm. Sau đó đổ bỏ nước cất hai lần và thêm vào mẫu mô 500 µL dung dịch đệm trích ly gồm có 4 M Guanidin thiocyanate (GuSCN) (Sigma), 0.1 M Tris-HCl pH 6.4 (Sigma), 0.02 M EDTA pH 8 (Biological Industries) và 1.3% Triton X 100 (Sigma), cùng với 10 µL 25 mg/ml proteinase K. Các mẫu mô được tiếp tục ủ ở 56°C trong 48 h. Tiếp theo, các mẫu mô được đun sôi ở 94°C trong 10 phút và sau đó ly tâm ở 13000 rpm trong 3 phút. Dịch nổi có chứa ADN ly trích được chuyển sang ống vô trùng mới. Để ly trích ADN từ dịch nổi ta sử dụng 1 mL Sodium iodide (NaI) (6M, Merck), 10 μL acryl amide (5mg/ml, Ambion) và 8 μL silica (1g/ml, Sigma). Các mẫu đem ủ ở nhiệt độ 4°C trong 1h để liên kết DNA với các hạt silica. Các hạt silica được vo lại thành viên bằng cách ly tâm và được rửa hai lần. Lần rửa đầu tiên ta sử dụng dung dịch đệm rửa có chứa 0.01 M Tris-HCl pH 7.5, 0.05 M natri clorua (NaCl) (Frutarom), 0.1 M EDTA pH 8 và 250 ml Ethanol tinh khiết (Biolabs) và thêm nước cất đến khi đạt thể tích 500 mL. Lần rửa thứ hai là rửa với Ethanol tinh khiết. Các hạt silica viên sau đó tự để khô trong không khí và aDNA được tách rửa ở 56°C với dung dịch đêm Tris-EDTA (TE, 1M Tris pH 8 và 0.5 M EDTA pH 8). aDNA đã ly trích được bảo quản ở -20°C.

Khuếch đại ADN

Khuếch đại các gen APC tiến hành trong một hỗn hợp phản ứng 25μL bao gồm 7μL aDNA ly trích: dung dịch đệm 10X, 25 mM MgCl2, dNTP 2.5 mM, 10 mM BSA (Biolabs), 12 pmol cho từng đoạn mồi và 1.25 đơn vị AmpliTaq Gold® 360 DNA polymerase (Applied Biosystems). Các aDNA được khuếch đại bằng cách sử dụng máy luân nhiệt với giai đoạn đầu là 95°C trong 10 phút, tiếp theo là 45 chu kỳ biến tính bao gồm 15 giây ở 95°C, 45 giây ủ ở 60-48°C (touch-down) và cuối cùng là 45-60 giây ở 72°C. Bước cuối cùng là 72°C trong 10 phút được thực hiện sau 45 chu kỳ.

aDNA ly trích được khuếch đại bằng cách sử dụng hai cặp mồi của gen APC (được thiết kế bởi các tác giả của nghiên cứu này bằng phần mềm Primer 3.0) và hai cặp mồi còn lại dùng cho khu vực siêu biến đổi của vùng điều khiển hệ gen ty thể con người (d-loop). Các cặp mồi APC được thiết kế để khuếch đại những điểm nóng đột biến đã biết trên vùng MCR. Mục đích của việc khuếch đại vùng điều khiển hệ gen ty thể d-loop nhằm kiểm soát xem liệu có bị nhiễm DNA hiện đại của các nhà nghiên cứu hay không và để khẳng định hơn nữa tính xác thực aDNA. Các cặp mồi được sử dụng để khuyếch đại được mô tả trong Bảng 2.

Bảng 2. Các cặp mồi được sử dụng

 

Phân tích các trình tự thu được

Sản phẩm khuyếch đại dương tính được giải trình tự tại DNA Sequencing tại Wise Faculty of Life Sciences, Đại học Tel Aviv bằng cách sử dụng ABI PRISM® 3100 Genetic Analyzer. Tiếp theo, một phần cấu trúc ti thể các xác ướp, các nhân viên làm việc tại phòng thí nghiệm aDNA và tất cả các nhà sưu tập mẫu đều được đem giám định. Với mục đích kiểm soát sự lây nhiễm trong quá trình hoặc sau khi lấy mẫu, một phần ti thể và một phần các trình tự APC thu được từ các mẫu xác ướp được đem đi so sánh với các nhân viên phòng thí nghiệm để tránh sự nhiễm chéo. Cần lưu ý rằng cấu trúc của một phần ty thể cổ và các chuỗi nhiễm sắc thể cổ có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình khử amin sau khi chết. Vì vậy, có thể thấy một vài sự biến đổi là do hư hại ADN chứ không phải do di truyền từ mẹ hay thay thế nhiễm sắc thể tương ứng. Sự hư hỏng ADN sau khi chết không ảnh hưởng đến mục đích kiểm soát sự nhiễm chéo. Tuy nhiên, những tác động của tổn thương ADN nên được cân nhắc trong mục đích khác.

Bảng 3. Bảng so sánh các cấu trúc của một phần ti thể

Bảng 4. Tóm tắt các các trình tự APC thu được từ xác ướp

 

Kết quả thu được

APC là một gen ức chế khối u quan trọng. Đột biến ở APC được gắn liền với sự phát triển của u tuyến đại trực tràng và ung thư biểu mô. Để đánh giá sự hiện diện của khuynh hướng di truyền ung thư đại trực tràng ở thời kỳ tiền công nghiệp, các nhà nghiên cứu đã cố gắng để khuếch đại vùng MCR của gen APC của DNA thu được từ các cơ quan nội tạng của xác ướp Vác. Trình tự vùng MCR của gen APC đã thu được thành công từ ba xác ướp. Hai chuỗi APC loại hoang dại thu được từ hai xác ướp số 51 và 63 (Bảng 3). Ở xác ướp số 88, các trình tự MCR của gen APC (vị trí 4377 – 4484 và vị trí 3956 – 4068) đã chỉ ra rằng cá nhân này là đồng hợp tử với đột biến sai nghĩa trong codon 1317 (GAA thành CAA). Đây là một biến thể gen APC khi thay glutamine ưa nước không tích điện thành glutamate ưa acid (biến thể E1317Q). Đột biến này có liên quan chặt chẽ với khuynh hướng phát triển của u tuyến đại trực tràng và ung thư đại trực tràng.

Thảo luận

Các nhà khoa học đã tìm thấy đột biến sai nghĩa của APC là biến thể E1317Q trong mẫu mô ruột già từ một xác ướp thế kỷ 18. Điều đó cho thấy rằng cá nhân số 88 có thể mang khuynh hướng phát triển u tuyến đại trực tràng và ung thư nhưng hiện tại các nhà khoa học vẫn chưa thể kết luận được gì từ kết quả mang tính cá nhân này. Các biến thể E1317Q của APC trong dân số hiện đại nói chung khá hiếm (chỉ chiếm 0.3% theo NCBI), vì thế việc thừa hưởng một alen đột biến từ cha mẹ là rất thấp. Tuy nhiên, vì không có đủ số liệu về lịch sử gia đình xác ướp 88, hoặc tần số allele ở Hungary thế kỷ 18, do đó không thể loại trừ khả năng di truyền kiểu đồng nhất của E1317Q trong trường hợp này.

Xã hội loài người đã trải qua những thay đổi về lối sống và môi trường sống rất nhiều trong thế kỷ vừa qua. Hy vọng những kết quả từ việc phát hiện di truyền ung thư do nguyên nhân đột biến kết hợp với các dữ liệu được tích lũy từ các nghiên cứu aDNA trong tương lai có thể sẽ cung cấp một bức tranh đầy đủ hơn về dịch tễ học ung thư.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng trình tự gen để xác định sự đột biến ở gen APC được phân lập từ các xác ướp. “Các tế bào mô mềm của xác ướp đã mở ra một lĩnh vực mới trong công cuộc nghiên cứu,” Giáo sư Hershkovitz nói. “Chỉ có một vài căn bệnh tấn công bộ xương, trong khi các tế bào mô mềm có thể lưu giữ bằng chứng của các căn bệnh. Nó cho thấy một cơ hội lý tưởng để thực hiện nghiên cứu chi tiết di truyền học và thử nghiệm một loạt các tác nhân gây bệnh.” Bên cạnh đó Giáo sư Arbesfeld cũng giải thích rằng “Tổ tiên của chúng ta mang sẵn các đột biến gen tiền ung thư. Khi họ sống đủ lâu, các đột biến đó sẽ phát triển thành căn bệnh ung thư”

Các nhà nghiên cứu hiện đang thiết lập một phòng thí nghiệm chuyên ngành tại Đại học Tel Aviv nhằm nghiên cứu ADN cổ đại.

Nguồn tài liệu:

  1. Cancer, I. A. (2013). Latest world cancer statistics.
  2. Michal Feldman, Israel Hershkovitz, Ella H. Sklan, Gila Kahila Bar-Gal, Ildikó Pap, Ildikó Szikossy, Rina Rosin-Arbesfeld. (2016). Detection of a Tumor Suppressor Gene Variant Predisposing to Colorectal Cancer in an 18th Century Hungarian Mummy. PLOS ONE.
  3. Organization, W. H. (2014). World Cancer Report.
  4. World Cancer Research Fund International. (2012). Retrieved from http://www.wcrf.org.

Dịch giả: Huy Chính

Biên soạn BioMedia VN

 

Các bài viết cùng chủ đề

Phát hiện đột biến Gen ức chế khối u ở một xác ướp Hungary thế kỉ 18

Theo thống kê của Tổ chức Y tế thế giới năm 2012, Ung thư đại trực tràng là bệnh lý ác tính phổ biến thứ...

Phương thức mới để tiêu diệt khối u

Các nhà khoa học đã có một phát hiện đột phá trong việc hiểu rõ phương thức mà hệ thống miễn dịch hoạt động để...

Vắc xin ung thư - Phần 2

Xem thêm phần 1: Vắc xin ung thư - Phần 1 Hình 1: Các bước phát triển của một phản ứng miễn dịch tế bào...