Cơ sở lý thuyết ung thư – Tập 2

 

Phát hiện cơ chế phát sinh khối ung thư

Các nhà khoa học trường Đại học Glasgo (Anh) đã phát hiện cơ chế phân tử phát sinh các khối u ung thư.

Nhóm các nhà khoa học nói trên đã nhận dạng được một cấu trúc phức tạp gồm các phân bào thể hạt hoạt động giống như các “nhà máy” cung cấp năng lượng cho hoạt động bình thường và tăng trưởng của tế bào.

Gien SDH được mã hóa để điều khiển hoạt động của nhà máy năng lượng này. Nếu gien này hoạt động bất bình thường vì một nguyên nhân nào đó sẽ khiến nhà máy năng lượng hoạt động không được kiểm soát và làm tăng lượng protein HIF1 trong tế bào.

HIF1 chính là chất kích thích quá trình trao đổi chất trong tế bào, đặc biệt là hình thành các mao mạch cung cấp máu cho tế bào. Trong khi các tế bào chứa lượng HIF1 quá mức sẽ được kích thích phát triển mạnh dẫn đến hình thành các khối u ung thư.

Tiến sĩ Ê-i-an Gốt-líp, trưởng nhóm nghiên cứu, nói phát hiện mới này đã giải thích trên cơ sở phân tử sự hình thành bệnh ung thư, giúp tìm ra các phương pháp ngăn ngừa, phát hiện sớm và điều trị có hiệu quả bệnh này, đặc biệt đối với các bệnh ung thư tuyến giáp, tuyến thượng thận, thận, ruột và dạ dày.

Cơ sở phân tử của ung thư

Có thể nói rằng có sự bùng nổ thông tin về cơ sở phân tử của ung thư và có thể ví sự phát triển của nó nhanh hơn cả sự phát triển của các u ác tính nhất. Vì vậy rất dễ bị lạc giữa một rừng thông tin đang phát triển mạnh. Dưới đây là những nguyên lý cơ bản của cơ sở di truyền của ung thư:

– Những hư hại di truyền không gây chết người là trung tâm của sự sinh ung thư. Những hư hại di truyền hay đột biến có thể thu được do tác động của các tác nhân môi trường như hoá chất, chiếu tia, hoặc virus hoặc nó có thể có được do di truyền trong các dòng tế bào mầm. Giả thuyết về di truyền của ung thư cho rằng một khối u là hậu quả của sự bành trướng dòng (clôn) của một tế bào nguồn gốc duy nhất đã bị hư hại di truyền (có nghĩa là các u là đơn dòng). Sự dự đoán này đã được xác định trong nhiều loại khối u đã được phân tích. Tính chất dòng của các khối u đã được xác định khá rõ ràng ở những phụ nữ là dị hợp tử với những dấu ấn liên kết X đa hình thái chẳng hạn như enzym glucose-6-phosphat dehydrogenase hoặc tính đa hình thái về chiều dài đoạn giới hạn liên kết X (X-linked restriction fragment length polymorphis).

– Ba loại gen điều hoà bình thường – các tiền gen kích thích phát triển (growth promoting protooncogene), các gen ức chế ung thư ức chế phát triển (gen kháng u) và các gen điều hoà chết tế bào theo chương trình là những đích chính của hư hại do di truyền. Các alen đột biến của tiền gen ung thư được coi là trội vì chúng chuyển dạng tế bào mặc dù có mặt các gen tương ứng bình thường của chúng. Trái lại, cả hai alen của các gen ức chế u phải bị tổn thương thì sự chuyển dạng mới xảy ra, vì vậy họ gen này đôi khi được gọi là gen ung thư lặn. Các gen điều hoà chết tế bào theo chương trình có thể là gen trội, là các tiền gen u hoặc có thể là các gen ức chế u.

– Thêm vào ba loại gen trên, bốn loại gen điều hoà sửa chữa ADN bị hư hại cũng có vai trò sinh ung thư. Các gen sửa chữa ADN ảnh hưởng đến sự tăng sinh hoặc sống sót của tế bào một cách trực tiếp do gây ảnh hưởng đến khả năng của cơ thể sửa chữa các hư hại không gây chết trong các gen khác bao gồm các tiền gen u, gen ức chế u, và các gen điều hoà chết tế bào theo chương trình. Sự bất lực của các gen sửa chữa ADN có thể đặc tiền đề cho những đột biến bộ gen, vì vậy dẫn đến chuyển dạng u. Cả hai alen của các gen sửa chữa ADN phải được bất hoạt để gây nên sự không ổn định này của bộ gen, do đó các gen sửa chữa ADN cũng có thể được coi như các gen ức chế u.

– Gây ung thư là một quá trình nhiều bước ở cả hai mức phenotip và di truyền. Một u ác tính có nhiều thuộc tính về phenotip, như phát triển quá mức xâm nhập tại chỗ và khả năng tạo thành các di căn xa. Các đặc điểm này thu được theo từng mức, một hiện tượng được gọi là tiến triển u. Ở mức phát triển, sự tiến triển là do hậu quả của sự tích luỹ những hư hại di truyền trong một số trường hợp được tạo thuận lợi do những sai sót trong sửa chữa ADN

1.Các gen ung thư và ung thư

Các gen ung thư hoặc các gen gây ung thư có nguồn gốc từ các tiền gen ung thư, các gen tế bào khởi động sự phát triển hoá bình thường. Như những hiện tượng thường xẩy ra trong khoa học, việc phát hiện ra các tiền gen ung thư không phải đơn giản. Các gen tế bào này lần đầu tiên được phát hiện như những “hành khách” trong các bộ gen của các retrovirus chuyển dạng ác tính bởi hai nhà khoa học được giải thưởng Nobel Varmus và Bishop. Các retrovirus này gây phát sinh u nhanh ở động vật và cũng có thể chuyện dạng tế bào động vật in vitro. Phân tích phân tử của bộ gen của chúng đã phát hiện được sự có mặt những chuỗi chuyển dạng duy nhất (các gen u virus [viral oncogenes – v-oncs]) không được tìm thấy trong bộ gen của retrovirus không chuyển dạng. Đáng ngạc nhiên nhất là lai phân tử đã phát hiện được là các chuỗi v-onc hoàn toàn giống với các chuỗi tìm thấy trong ADN tế bào bình thường. Từ đó đi đến quan niệm là trong quá trình tiến triển, các gen u của retrovirus được chuyển tín hiệu bởi virus qua sự tái kết hợp ngẫu nhiên với ADN của một tế bào vật chủ bình thường mới bị nhiễm khuẩn bởi virus. Vì chúng được phát hiện lần đầu như các gen virus, các tiền gen u được đặt tên theo tương đồng virus của chúng. Mỗi v-onc chưa virus sacôm mèo (feline) được gọi là v-fes, trong khi gen u trong virus sacôm khỉ (simian) được gọi là v-sis. Các tiền gen u được gọi là fes và sis bằng cách thêm vào tiếp đầu ngữ.

V-ones không có trong nhiều virus ARN gây ung thư. Một ví dụ là nhóm virus chuyển dạng chậm gây nên bệnh bạch cầu ở loài gậm nhấm sau một thời gian tiềm tàng kéo dài. Phân tích phân tử các tế bào chuyển dạng bởi các virus bạch cầu này đã phát hiện ra rằng ADN provirus thường được phát hiện ở gần các tiền gen u. Hậu quả của sự gắn provirus ở gần các tiền gen u là gây nên một thay đổi cấu trúc trong gen tế bào, vì vậy chuyển nó thành một gen u (c-onc). Mặt khác các yếu tố khởi phát retrovirus mạnh gắn vào vùng lân cận của tiền gen u dẫn đến bộc lộ rối loạn điều hoà của gen tế bào. Hình thái hoạt hoá tiền gen u này được gọi là tạo đột biến lồng ghép (insertional muagenesis).

Mặc dù, những nghiên cứu retrovirus cung cấp cách nhìn khái quát về tiền gen u, những phát hiện này không cắt nghĩa được nguồn gốc các u ở người, trừ một số ngoại lệ không phải do retrovirus. Vì vậy vấn đề đặt ra là các u không do virus có chứa các chuỗi ADN của gen không? Câu trả lời được cung cấp bởi những thực nghiệm liên quan đến yếu tố vận chuyển gen trung gian ADN (truyền ADN). Khi ADN được chiết xuất từ nhiều loại u ở người khác nhau được truyền vào các dòng nguyên bào xơ in vitro, các tế bào nhận có được một số bản chất của tế bào u. Kết luận có thể rút ra từ những thực nghiệm như vậy là: ADN của các ung thư phát sinh tự phát có chứa các chuỗi gen u hoặc các gen u. Nhiều chuỗi chuyển dạng này vừa được chứng minh là cùng loại với tiền gen u ras, chúng là tổ tiên của v-oncs chứa trong virus sacôm Harvey (H) và Kirsten (K). Các gen u khác như c-erb B2 là các chuỗi chuyển dạng mới chưa bao giờ được phát hiện trong các retrovirus. Tóm lại tiền gen u có thể trở thành gen u bởi sự truyền tín hiệu của retrovirus (v-oncs) hoặc do các ảnh hưởng làm thay đổi bản chất của chúng tại chỗ, vì vậy chuyển chúng thành gen u tế bào (c-oncs). Hai câu hỏi tiếp theo được đặt ra:

Chức năng của các sản phẩm gen u là gì?

Một tiền gen u bình thường vô hại trở thành một gen có hại như thế nào?

Các sản phẩm protein của các gen u

Các gen u mã hoá các protein được gọi là các protein u (onco-protein), chúng giống các sản phẩm bình thường của tiền gen u với ngoại lệ là: (1) Các protein u không có các thành phần điều hoà quan trọng và (2) việc sản sinh chúng trong các tế bào chuyển dạng không phụ thuộc vào yếu tố phát triển hoặc các tín hiệu bên ngoài khác. Để hiểu được bản chất và các chức năng của các protein u, cần phải nhắc lại một cách tóm tắt chuỗi nối tiếp các sự kiện là đặc trưng của sự tăng sinh của các tế bào bình thường. Trong những điều kiện sinh lý, sự tăng sinh tế bào có thể chia thành các bước sau đây:

– Gắn của một yếu tố phát triển với phụ thể đặc hiệu của nó trên màng tế bào.

– Hoạt hoá tạm thời và giới hạn thụ thể của yếu tố phát triển, thụ thể này hoạt hoá nhiều protein truyền tín hiệu ở lá trong màng bào tương.

– Truyền các tín hiệu đã được truyền qua bào tương và nhân qua yếu tố truyền tin thứ hai.

– Cảm ứng và hoạt hoá các yếu tố điều hoà nhân, các yếu tố này kích thích sự phiên mã ADN.

– Tế bào bước vào chu kỳ gây phân chia tế bào sau đó.

Với kiến thức này, chúng ta dễ dàng xác định được những gen u và những tiền gen u như những biến thể thay thế các gen tương ứng bình thường của chúng và xếp nhóm chúng trên cơ sở vai trò của chúng trong hệ thống truyền tín hiệu và điều hoà chu kỳ tế bào.

Các yếu tố phát triển.

Một số các yếu tố phát triển polypeptid kích thích sự phát triển của các tế bào bình thường đã được mô tả và nhiều yếu tố bị nghi ngờ là có vai trò tạo u. Những đột biến của các gen mã hoá các yếu tố phát triển có thể làm cho chúng trở thành gen sinh u. Đó là trường hợp của gen tiền u c-sis, nó mã hoá chuỗi β của yếu tố phát triển gốc tiểu cầu (platelet-derived growth factor – PDGF). Gen u này lần đầu tiên được phát hiện dưới dạng gen u virus chứa trong v-sis. Sau đó nhiều loại u ở người đặc biệt là u tế bào sao (astrocytoma) và các sacôm xương mới được tìm thấy có sản xuất PDGF. Hơn nữa chính các khối u cũng bộc lộ các thụ thể với PDGF và vì vậy là đích cho những kích thích tự tiết (auocrine). Mặc dù phương thức tự tiết được coi là yếu tố quan trọng trong bệnh sinh của nhiều loại u, trong hầu hết các trường hợp, chính gen của yếu tố phát triển không bị biến đổi hoặc đột biến. Phổ biến nhất là các sản phẩm của các gen u khác như ras (nó nằm trên đường truyền tín hiệu) gây bộc lộ quá mức các gen của yếu tố phát triển, vì vậy buộc các tế bào chế tiết những lượng lớn các yếu tố phát triển, ví dụ như yếu tố chuyển dạng α (transforming growth factors – TGF- α). Yếu tố p nay liên quan với yếu tố phát triển biểu bì (epidermal growth factor – EGF) và gây nên tăng sinh do gắn với thụ thể EGF. TGF – α thường được phát hiện trong ung thư biểu mô có bộc lộ mức thụ thể EGF cao.

Thêm vào với c-sis, một nhóm các gen u liên quan mã hoá các yếu tố tương đồng của yếu tố phát triển nguyên bào sợi (FGFs) (nghĩa là hst-1 và int-2) được hoạt hoá trong nhiều ung thư dạ dày ruột và ung thư vú; bFGF, một thành phần của họ các yếu tố phát triển nguyên bào sợi bộc lộ trong các u hắc tố ở người nhưng không có trong các tế bào hắc tố bình thường. Các ung thư tế bào nhỏ của phổi sản xuất các peptid giống bombesin kích thích sự phát triển của chúng.

Mặc dù, đã có nhiều bằng chứng về sự kích thích cận tiết do trung gian của yếu tố phát triển của các tế bào chuyển dạng, sự sản xuất các yếu tố phát triển không đủ cho chuyển dạng u. Tăng sinh tế bào quá mức ở mọi mức độ góp phần vào việc tạo phenotip ác tính do tăng nguy cơ của những đột biến tự phát hay cảm ứng trong quần thể tế bào.

Các thụ thể của yếu tố phát triển.

Bước tiếp theo của chuỗi truyền đạt tín hiệu liên quan đến các thụ thể của yếu tố phát triển và không ngạc nhiên là có nhiều gen u mã hoá các thụ thể của các yếu tố phát triển đã được phát hiện. Để hiểu được những đột biến ảnh hưởng đến chức năng của các thụ thể này như thế nào, cần phải nhắc lại rằng nhiều thụ thể của các yếu tố phát triển là những protein xuyên màng với một chất gắn phối tử ngoài và tyrosin kinase của bào tương. Trong những thể bình thường của các tyrosin kinase của các thụ thể này, hoạt động của kinase bị hoạt hoá tạm thời do gắn với các yếu tố phát triển đặc hiệu, sau đó là sự dime hoá thụ thể và phosphoryl hoá của tyrosin của nhiều cơ chất, đó là một phần của quá trình phân bào. Sự chuyển thành gen u của các thụ thể này kết hợp với sự dime hoá kéo dài và hoạt hoá không gắn với yếu tố phát triển. Vì vậy những thụ thể đột biến phát ra những tín hiệu phân bào liên tục tới các tế bào.

Các thụ thể của yếu tố phát triển được hoạt hoá trong các khối u ở người theo nhiều cơ chế. Những cơ chế này bao gồm những đột biến, sự sắp xếp lại gen và bộc lộ quá mức. Tiền gen ret, một tyrosin kinase của thụ thể là một ví dụ của sự chuyển thành gen u qua những đột biến và sự sắp xếp lại gen. Protein ret là một thụ thể với yếu tố hướng thần kinh có nguồn gốc từ dòng tế bào thần kinh đệm nhỏ. Thụ thể này bình thường bộc lộ trong các tế bào thần kinh nội tiết như tế bào C cận nang của tuyến giáp, tuỷ thượng thận và tiền thân của tế bào cận giáp. Đột biến điểm trong tiền gen u ret kết hợp với MEN típ 2A và 2B có được do di truyền và ung thư biểu mô tuyến giáp thể tuỷ gia đình. Trong MEN 2A, những đột biến điểm trong vùng ngoài tế bào gây nên dime hoá và hoạt hoá cơ bản, trong khi trong MEN 2B đột biến điểm trong vùng xúc tác của bào tương hoạt hoá thụ thể. Trong những u gia đình này, các cá thể bị bệnh thừa hưởng do di truyền sự đột biến của ret trong dòng mầm. Trong những u này, vùng tyrosinf kinase của gen ret nằm cạnh một trong bốn gen cùng nhóm khác. Các gen đã kết hợp nhất lại mã hoá các protein lai trong đó vùng tyrosin kinase được hoạt hoá và vì vậy thụ thể ret được hoạt hoá liên tục bởi phối tử của nó. Sự chuyển đổi thành gen u bởi những đột biến và sự sắp xếp lại gen mới được ghi nhận với các gen thụ thể của cá yếu tố phát triển. Trong các bệnh bạch cầu loại tuỷ, những đột biến điểm hoạt hoá c-fms, gen này mã hoá thụ thê của yếu tố kích thích bào lạc 1 (colony-stimulating factor 1 – CSF-1) mới được phát hiện. Trong một số bệnh bạch cầu loại tuỷ đơn nhân mạn tính có chuyển đoạn t(12;9), toàn bộ vùng bào tương của thụ thể PDGF được hợp nhất với đoạn thụ thể phiên mã ÉT, kết quả là dime hoá vĩnh viễn thụ thể PDGF.

Phổ biến hơn những đột biến của những tiền gen u này là sự bộc lộ quá mức của các thể bình thường các thụ thể của yếu tố phát triển. Ba thành phần của họ thụ thể EGF là những thành phần thường bị biến đổi nhất. Thể bình thường của c-erb B1, một gen của thụ thể EGF được bộc lộ quá mức ở 80% các ung thư biểu mô tế bào vẩy của phổi và ít phổ biến hơn trong các ung thư biểu mô của bàng quang, đường tiêu hoá và u tế bào sao. Trong một số trường hợp, sự bộ lộ thụ thể tăng là kết quả của sự khuếch đại gen. Trong hầu hết các trường hợp khác cơ sở phân tử của sự bộc lộ thụ thể tăng chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Trái lại, gen c-erb B2 (cũng gọi là c-neu), thành phần thứ hai của thụ thể EGF được khuếch đại với tỷ lệ cao của các ung thư biểu mô ở người phát sinh ở vú, buồng trứng, phổi, dạ dày, các tuyến nước bọt. Một thành phần thứ ba của họ thụ thể EGF, c-efb B3 cũng bộc lộ mạnh trong ung thư vú. Có thể giả định rằng các u bộc lộ quá mức các thụ thể của yếu tố phát triển như c-erb B2 có thể cực kỳ nhậy cảm với hiệu quả kích thích phát triển của một lượng nhỏ cá yếu tố phát triển và vì vậy sẽ trở thành xâm nhập hơn. Giả thuyết này được ủng hộ bởi nhận xét là mức cao của protein c-erb B2 trên các tế bào ung thư vú là dấu hiệu của tiên lượng xấu.

Các protein truyền tín hiệu

Nhiều ví dụ về các protein giống chứng năng của các protein truyền đạt tín hiệu của bào tương bình thường đã được tìm thấy. Hầu hết các protein này khu trú ở lá trong của màng bào tương, ở đây chúng nhận được tín hiệu từ bên ngoài tế bào (có nghĩa là bởi sự hoạt hoá của các thụ thể của yếu tố phát triển) và truyền chúng và nhân tế bào. Một ví dụ được nghiên cứu kỹ nhất và tốt nhất về protein u truyền đạt tín hiệu là họ ras của các protein gắn – guanine triphosphat (GTP).

Protein ras lần đầu tiên được phát hiện dưới thể gen u virus. Khoảng 10 đến 20% các khối u ở người có chứa các dạng đột biến của protein ras. Trong một số khối u (ví dụ ung thư biểu mô đại tràng, tuỵ và tuyến giáp) tỷ lệ đột biến gen ras còn cao hơn. Đột biến gen ras là bất thường đơn độc phổ biến nhất của các gen u trội trong các khối u ở người. Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ rằng ras giữ vai trò quan trọng trong tạo phân bào gây nên do yếu tố phát triển. Ví dụ ngăn chặn chức năng của gen ras bằng tiêm vi mô (microinjection) các kháng thể đặc hiệu sẽ cản trở phản ứng tăng sinh với EGF, PDGF và CSF-1. Các protein ras bình thường gắn vào mặt bào tương của màng tế bào và nó dao động giữa dạng truyền tín hiệu hoạt hoá và tình trạng yên tĩnh không hoạt hoá. Trong khi tình trạng không hoạt hoá, protein ras gắn với guanosine diphosphat (GDP); khi các tế bào bị kích thích bởi các yếu tố phát triển hoặc các tương tác thụ thể – phối tử khác, gen ras trở thành được hoạt hoá bằng cách chuyển đổi GDP thành GTP. Gen ras đã được hoạt hoá sẽ kích thích đường MAP kinase bằng cách chiêu mộ protein raf-1 của chất dịch bào tương. Như vậy MAP kinase hoạt hoá các yếu tố phiên mã của nhân và vì vậy kích thích phân bào. Trong những tế bào bình thường, giai đoạn truyền tín hiệu đã được hoạt hoá của protein ras là tạm thời vì hoạt tính của GTPase nội sinh thuỷ phân GTP thành GDP, vì vậy đưa gen ras trở lại tình trạng cơ bản yên tĩnh.

Chu kỳ của protein ras phụ thuộc vào hai phản ứng: (1) sự trao đổi nucleotid (GDP thành GTP), nó hoạt hoá protein ras và (2) thuỷ phân GTP, nó chuyển gen ras hoạt đọng gắn GTP thành thể không hoạt động gắn GDP. Cả hai quá trình này được điều hoà bởi enzym. Việc lấy đi GDP và thay thế nó bằng GTP trong quá trình hoạt hoá ras được xúc tác bởi họ guanine cucleotid giải phóng protein, chúng được hoạt hoá tới mặt bào tương của các thụ thể của yếu tố phát triển đã được hoạt hoá bởi các protein đáp ứng. Quan trọng hơn nhiều là hoạt động của GTPase nội sinh với protein ras bình thường được tăng cường mạnh mẽ bởi các protein hoạt hoá GTPase (GAPs). Các protein được phân bố rộng rãi này gắn với gen ras hoạt động và làm tăng hoạt tính GTPase của nó lên gấp 1000 lần, dẫn đến thuỷ phân nhanh GTP thành GDP và kết thúc việc truyền tín hiệu. Vì vậy chức năng của GAPs như một “hãm” đề phòng hoạt động hãm của GAPs này hình như bị rối loạn khi những đột biến ảnh hưởng chúng không tăng. Vì các protein đột biến bị “mắc kẹt” dưới dạng gắn GTP bị kích thích sẽ gây nên hoạt hoá bệnh lý của đường truyền tín hiệu phân bào. Tầm quan trọng của hoạt hoá GTPase trong kiểm soát phát triển bình thường được nhấn mạnh bởi một thực tế là một đột biến làm mất chức năng của neurofibromin (NX-1), một protein hoạt hoá GTPase cũng kết hợp với u.

Những nghiên cứu mới đây đã phát hiện rằng cùng với vai trò của nó trong truyền các tín hiệu hoạt hoá kích thích các yếu tố phát triển, ras cũng tham gia vào việc điều hoà chu kỳ tế bào. Sự chuyển các tế bào từ pha G0 sang pha S được điều hoà bởi một loạt các protein được gọi là các cyclin và các kinase phụ thuộc cyclin (cyclin-dêpndent kinase- CDKs). Ras hình như kiểm soát mức CDKs bởi những cơ chế chưa được biết.

Vì ras thường bị đột biến trong các ung thư ở người, nhiều nỗ lực nhằm phát minh các biện pháp can thiệp để hoạt động của gen ras ly khai có thể được kiểm soát. Để phong toả hoạt động của ras, các nhà nghiên cứu đã tận dụng lợi thế của sự kiện là để nhận được ác tín hiệu hoạt hoá từ các thụ thể của yếu tố phát triển, ras phải được gắn chặt dưới màng tế bào sát với vùng bào tương của các thụ thể của các yếu tố phát triển. Sự gắn chắc này có thể do sự dính của một nhóm lipid isoprenyl với phân tử ras nhờ enzym farnesyl transferase. Một phần farnesyl tạo thành cầu nối giữa ras và màng lipid. Các chất ức chế farnesyl transferase có thể làm mất chức năng của ras bằng cách ngăn cản sự định vị bình thường của nó. Các thuốc như vậy hình như có hoạt tính nên mô hình động vật và rất có thể được thử nghiệm trên người.

Thêm vào với ras, nhiều tyrosin kinase không kết hợp với thụ thể cũng có chức năng trong các đường truyền tín hiệu. Các thể đột biến của các tyrosin kinase không kết hợp với thụ thể có tiềm năng chuyển dạng được tìm thấy phổ biến dưới dạng v-oncs trong các retrovirus (nghĩa là c-abl, v-src, v-fin, v-fes và nhiều dạng khác). Tuy nhiên, với ngoại lệ của c-abl, chúng hiếm khi được hoạt hoá trong các khối u ở người. Tiền gen u abl có hoạt tính tyrosin kinase, men này bị kiềm chế bởi vùng điều hoà am. Trong bệnh bạch cầu loại tuỷ mạn tính và một số bệnh bạch cầu lympho cấp tính, hoạt động này được giải phóng vì gen c-abl bị chuyển chỗ từ vị trí bình thường trên nhiễm sắc thể 9 sang nhiễm sắc thể 22; Ở đây nó hợp nhất với một phần của gen bcr (break-point region) trên nhiễm sắc thể 22, và gen lai này có hoạt động tyrosin kinase mạnh. Các phương thức hoạt hoá phân tử bởi gen lai bcr-c-abl chư được hiểu rõ. Có nhiều bằng chứng là gen abl hoạt động không những theo phương thức kích thích phát triển mà con hoạt động theo phương thức kiểm soát chết tế bào. Bằng chứng mới gợi ý rằng c-abl, giống như với p53, bị hoạt hoá sau khi ADN bị hư hại và vì vậy có thể giữ vai trò trong điều hoà chết tế bào theo chương trình.

Các protein phiên mã của nhân

Cuối cùng, tất cả các đường truyền tín hiệu đi vào nhân tế bào và gắn vào một số lượng lớn các gen phản ứng, các gen này chuẩn bị cho tế bào tiến vào chu kỳ phân bào một cách trật tự. Quá trình này (nghĩa là phiên mã ADN và phân chia tế bào) được điều hoà bởi một họ gen mà các sản phẩm của chúng nằm trong nhân, ở đây chúng giám sát các gen liên quan đến phát triển. Các yếu tố phiên mã chứa các chuỗi acid amin đặc biệt hoặc các mẫu (motif) cho phép chúng gắn với ADN hoặc diem hoá cho việc gắn ADN. Những ví dụ của những mẫu này bao gồm hình xoắn ốc – vòng – xoắn ốc, mã lơxin (leucine), ngón tay kẽm và các cùn homeo (homeodomains). Nhiều protein này gắn ADN ở vị trí đặc biệt từ đó nó có thể hoạt hoá hoặc ức chế sự phiên mã của các gen lân cận. Vì vậy không lấy gì làm lạ là những đột biến ảnh hưởng đến các gen mã hoá các yếu tố phiên mã nhân thường kết hợp với chuyển dạng ác tính. Toàn bộ các túc chủ của các protein u, bao gồm các sản phẩm của các gen u khu trú ở nhân tế bào. Trong số các gen này, gen myc liên quan nhiều nhất với các u ở người. Tiền gen u c-myc bộc lộ thực chất ở tất cả các tế bào nhân chuẩn (điển hình) và thuộc loại các gen phản ứng phát triển sớm ngay tức thì, các gen này nhanh chóng bị kích thích khi các tế bào nghỉ ngơi (yên tĩnh) nhận được tín hiệu phân chia. Sau một tăng tạm thời của mARN của c-myc, sự bộc lộ giảm tới mức cơ bản. Tầm quan trọng của c-myc trong tăng sinh tế bào được nhấn mạnh bởi những thực nghiệm trong đó sự ức chế đặc hiệu của sự bộc lộ c-myc (bởi oligonucleotid antisense) ngăn cản các tế bào đi vào pha S.

Cơ sở phân tử của chức năng c-myc trong sự nhân lên của tế bào chưa hoàn toàn rõ ràng nhưng một số nguyên lý đã trở nên rõ ràng. Sau khi chuyển đổi, protein c-myc nhanh chóng chuyển vị trí vào nhân. Trước hoặc sau khi vận chuyển vào nhân, nó tạo thành một heterodime với một protein khác được gọi là mã. Heterodime myc-max gắn với các chuỗi ADN đặc hiệu (được gọi là các hộp E – [E-boxes]) và là một chất hoạt hoá phiên mã có tiềm năng mạnh. Những đột biến ngăn cản khả năng myc gắn với ADN hoặc với max cũng chấm dứt hoạt tính gen u của nó. Thêm vào việc tạo thành heterodime với myc, protein max cũng tạo thành các homodime, chúng bất hoạt phiên mã. Hơn nữa, mad, một thành phần khác của siêu họ của các yếu tố điều hoà phiên mã cũng có thể gắn với max để tạo thành một dime. Heterodime mad-max hoạt động như một yếu tố ức chế phiên mã. Vì vậy rõ ràng là mức độ hoạt động phiên mã bởi c-myc được điều hoà không những bởi mức protein myc mà còn bởi sự phong phú và khả năng cua các protein max và mad. Trong mạng lưới này, myc-max tạo thuận lợi cho sự tăng sinh tế bào trong khi mad-max ức chế sự phát triển tế bào.Vì vậy mad có thể được coi là kháng gen u (hoặc gen ức chế u). Mặc dù rất ít nghi ngờ là heterodime myc-max gắn với ADN và hoạt hoá phiên mã, rất khó xác định bản chất của các gen phục tùng các lệnh của chúng. Nhiều đại diện vừa được xác định rõ, bao gồm các gen của ornithin decarboxylase (cần thiết cho tổng hợp ADN), một số CDKs (điều hoà chu kỳ tế bào) và eIF2-α (enzym giới hạn tỷ lệ phiên mã protein).

Ngày càng có thêm bằng chứng là myc không chỉ kiểm soát sự phát triển tế bào mà cũng điều khiển sự chết tế bào nhờ sự chết tế bào mà theo chương trình. Vì vậy khi hoạt hoá myc xẩy ra không có các tín hiệu sống sót (các yếu tố phát triển), tế bào sẽ bị chết theo chương trình. Sự lệch hướng này mới xẩy ra khi có sự xung đột giữa “dừng lại” (không có các yếu tố phát triển) và “đi” (c-myc được hoạt hoá). Các cơ chế phân tử của sự xung đột các tín hiệu này đang được chú ý khảo sát tường tận. Tuy nhiên, một điều đã rõ ràng là sự phát triển tế bào và sự chết tế bào liên quan chặt chẽ với nhau và đường ranh giới giữa chúng khá không chắc chắn.

Trái với sự bộc lộ có điều hoà của c-myc trong tăng sinh tế bào bình thường, sự chuyển dịch thành gen u kết hợp với sự bộc lộ kéo dài và trong một số trường hợp bộc lộ quá mức của protein myc. Điều đó có thể dẫn đến sự phiên mã kéo dài của các gen đính chính và sự chuyển dạng u. Rối loạn điều hoà bộc lộ c-myc là hậu quả của sự khuếch đại trong ung thư biểu mô vú, đại tràng, phổi, và nhiều ung thư biểu mô khác; các gen N-myc và L-myc liên quan được khuếch đại trong u nguyên bào thần kinh và ung thư tế bào nhỏ của phổi.

Cyclin và các kinase phụ thuộc cyclin

Hậu quả của tất cả các kích thích khởi động phát triển là sự chuyển các tế bào yên tĩnh vào chu kỳ tế bào. Sự tiến triển có trình tự của tế bào qua các pha khác nhau của chu kỳ tế bào được chỉ huy bởi cyclin và kinase phụ thuộc cyclin (CDKs) và các chất ức chế của chúng. Những đột biến trong các gen mã hoá các yếu tố điều hoà chu kỳ tế bào này được tìm thấy trong nhiều ung thư ở người.

Để hiểu được những rối loạn kết hợp với ung thư trong chu kỳ tế bào cần phải hiểu các chức năng bình thường và sự điều hoà của các protein nay. Các kinase phụ thuộc cyclin điều khiển chu kỳ tế bào nhờ việc phosphoryl hoá các protein đích chủ yếu cần thiết cho sự tiến triển của các tế bào vào pha tiếp theo của chu kỳ tế bào. Các kinase phụ thuộc cyclin được bộc lộ liên tục trong chu kỳ tế bào nhưng ở dạng o hoạt động. Chúng được hoạt hoá do được phosphoryl hoá sau khi gắn với một họ protein khác được gọi là cyclin. Trái với CDKs, các cyclin được tổng hợp trong các pha đặc hiệu của chu kỳ tế bào và chức năng của chúng là hoạt hoá CDKs. Khi kết thúc nhiệm vụ này, mức cyclin giảm nhanh chóng. Trong khi các cyclin kích thích CDKs, các chất ức chế của chúng làm yên lặng CDKs và vì vậy kiểm soát được chu kỳ tế bào. Mặc dù mỗi pha của chu kỳ tế bào được điều khiển một cách thận trọng, sự chuyển từ G1 sang S là một điểm kiểm soát cực kỳ quan trọng trong thời gian chu kỳ tế bào vì một khi các tế bào vượt qua hàng rào này, chúng tiến vào pha S. Khi một tế bào nhận được những tín hiệu khởi động phát triển, sự tổng hợp các cylcin típ D (chúng gắn với CDK4 và CDK6) được kích thích ở phần đầu của G1. Vào cuối pha G1 của chu kỳ tế bào, sự tổng hợp cyclin E bị kích thích, nó sẽ gắn với CDK2. Cyclin D/CDK4, CDK6 và các phức hợp cyclin E/CDK2 phosphoryl hoá protein u nguyên bào thần kinh (retinoblastoma protein – pRb). Đó là một phản ứng quan trọng, pRb được phosphoryl hoá mức thấp gắn với họ E2F của các yếu tố phiên mã. Phosphoryl hoá của pRb giải phóng các protein E2F và chúng hoạt hoá sự phương pháp của nhiều gen mà các sản phẩm của chúng cần thiết cho sự tiến triển qua pha S. Các sản phẩm của các gen này gồm ADN polymerase, thymidin kinase, dihydrofolat reductase và nhiều chất khác. Bước tiếp theo của tế bào từ pha S vào pha G2 được tạo thuận lợi bởi điều hoà tăng của cyclin A, nó gắn với CDK2 và CDK1. Các đích phosphoryl hoá bởi A/CDK2, CDK1 chưa được biết rõ. Vào đầu pha G2, cyclin B điều hành. Nhờ việc tạo thành các phức hợp với CDK1, nó giúp tế bào chuyển từ G2 sang pha M. Phức hợp cyclin B/CDK1 phosphoryl hoá nhiều protein cần thiết cho phân bào.

Hoạt động của CDKs được điều hoà bởi hai nhóm các chất ức chế CDK (CKDIs). Một họ các CDKIs gồm ba protein được gọi là p21, p27 và p57, ức chế CDKs trong khi các họ khác của CDK1 có tác động chọn lọc trên cyclin D/CDK4 và cyclin D/CDK6. Bốn thành phần của họ này (p15, p16, p18, p19) đôi khi được gọi là các protein INK4 (vì chúng là các chất ức chế của CDK4 và CDK6).

Với cơ sở kiến thức này có thể dễ dàng xác định được rằng những đột biến làm rối loạn điều hoà hoạt động của các cyclin và CDK4 sẽ tạo thuận lợi cho sự phát triển tế bào. Tất nhiên, những rủi ro ảnh hưởng đến sự bộc lộ của cyclin D hoặc CDK4 hình như là sự kiện phổ biến trong chuyển dạng u. Các gen cyclin D bộc lộ quá mức trong nhiều loại ung thư, bao gồm ung thư vú, thực quản, gan và trong một phân nhóm u lympho. Sự khuếch đại gen CDK4 xẩy ra trong u hắc tố, sacôm, và u nguyên bào thần kinh đệm. Những đột biến ảnh hưởng đến cyclin B, cyclin E và các CDKs khác cũng xẩy ra trong một số u ác tính, nhưng hiếm gặp hơn nhiều so với đột biến ảnh hưởng đến D/CDK4.

Hoạt hoá các gen u

Phần trên đã đề cập đến các thể đột biến của tiền gen u cung cấp những tín hiệu phát triển như thế nào. Phần dưới đây sẽ bàn về các cơ chế theo đó các tiền gen u sẽ chuyển thành gen u. Quá trình gồm hai loại thay đổi lớn:

– Những thay đổi về cáu trúc của gen gây hậu quả là tổng hợp một sản phẩm gen bất thường (protein u) có chức năng si lạc.

– Những thay đổi trong điều hoà bộc lộ gen gây hậu quả là kích thích hoặc sản xuất không thích hợp một protein kích thích phát triển bình thường về cấu trúc.

Trước hết hãy thảo luận về những tổn thương đặc hiệu dẫn đến những thay đổi về cấu trúc và điều hoà ảnh hưởng đến các tiền gen u.

Đột biến điểm

Gen u ras là ví dụ điển hình nhất của sự hoạt hoá do đột biến điểm. Nhiều những đột biến điển hình đã được xác định, tất cả chúng đều gây giảm nặng hoạt tính của GTPase của protein ras. Phần lớn chúng nằm ở codon 12. Như đã nêu ở phần trên, hoạt tính của GTPase nội sinh của protein ras bình thường tăng mạnh do GAPs; trái lại hoạt tính của các protein ras đột biến bị kích thích kém bởi GAPs. Vì vậy gen ras đột biến còn ở dưới dạng gắn GTP hoạt động.

Một số lớn các u ở người mang các đột biến ras. Tần số của những đột biến như vậy thay đổi với các u khác nhau nhưng trong một số típ tần số này cao. Ví dụ 90% các ung thư biểu mô tuỵ và ung thư biểu mô ống mật có chứa các đột điểm của ras. Các đột biến điểm cũng được phát hiện ở 50% ung thư đại tràng, nội mạc tử cung và tuyến giáp và ở 30% ung thư biểu mô phổi và bệnh bạch cầu loại tuỷ. Nói chung, các ung thư biểu mô có đột biến của K-ras trong khi các u tạo máu có những đột biến điểm của N-ras. Những đột biến điểm của ras hiếm gặp, thậm chí không tồn tại trong một số ung thư khác, đặc biệt các ung thư phát sinh ở cổ tử cung và vú. Như vậy rõ ràng là mặc dù những đột biến của ras là cực kỳ phổ biến, sự hiện diện của nó không phải là cần thiết cho sự sinh ung thư. Như đã thảo luận ở trên, có nhiều đường dẫn đến ung thư và những đột biến ras xẩy ra nằm trên một trong những đường đó. Cùng với ras, đột biến điểm hoạt hoá được tìm thấy trong gen c-fms trong một số trường hợp bệnh bạch cầu loại tuỷ cấp tính.

Sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể

Hai típ sắp xếp lại nhiễm sắc thể có thể hoạt hoá các tiền gen u – sự chuyển chỗ và sự đảo ngược. Trong những thay đổi này, chuyển chỗ nhiễm sắc thể phổ biến hơn nhiều. Chuyển chỗ có thể hoạt hoá các tiền gen u theo hai đường:

– Trong các u lympho, chuyển chỗ đặc hiệu gây hậu quả bộc lộ quá mức của các tiền gen u do đặt chúng dưới các thành phần điều hoà của các locus của globulin miễn dịch hoặc thụ thể của tế bào T.

– Trong nhiều u tạo máu, chuyển chỗ cho phép các chuỗi bình thường không liên quan của hai nhiễm sắc thể khác nhau kết hợp và tạo thành các gen lai mã hoá các protein bất thường kích thích phát triển.

Bộc lộ quá mức gây chuyển đoạn của một tiền gen u được chứng minh rõ nhất trong u lympho Burkitt. Tất cả các u này mang một trong ba chuyển đoạn, mỗi chuyển đoạn đều liên quan đến nhiễm sắc thể 8q24, ở đây có gen c-myc, cũng như một trong ba nhiễm sắc thể mang globulin miễn dịch. Ở các locus bình thường của chúng, sự bộc lộ của gen myc được giám sát chặt chẽ và chỉ bộc lộ trong một số giai đoạn của chu kỳ tế bào. Trong u lympho Burkitt, thể phổ biến nhất của chuyển đoạn gây chuyển đoạn chứa c-myc của nhiễm sắc thể 8 sang băng 32 của nhiễm sắc thể 14q. Sự chuyển đoạn này đặt c-myc nằm sát với gen của chuỗi nặng của globulin miễn dịch (gen IgH). Các cơ chế phân tử của sự hoạt hoá liên quan với chuyển đoạn của c-myc đa dạng và là điểm gián đoạn chính xác trong gen này. Trong một số trường hợp sự chuyển đoạn làm cho gen c-myc trở thành đích của một kích thích mạnh bởi một thành phần kích thích kế cận của gen globulin miễn dịch. Trong những trường hợp khác, sự chuyển đoạn gây nên những đột biến trong các chuỗi điều hoà của gen myc. Trong mọi trường hợp, các chuỗi mã hoá của gen còn nguyên vẹn và gen c-myc được bộc lộ về cơ bản ở mức cao. Sự hiện diện hằng định của gen c-myc chuyển đoạn trong các u lympho Burkitt đã chứng minh tầm quan trọng của sự bộc lộ quá mức c-myc trong bệnh sinh của u này.

Locus chuỗi nặng của globulin miễn dịch cũng tham gia vào sự bộc lộ quá mức do chuyển đoạn của nhiều gen khác. Trong u lympho tế bào áo nang, gen cyclin D1 trên nhiễm sắc thể 11q32 bộc lộ quá mức do xếp cạnh lucus IgH trên nhiễm sắc thể 14q22. Trong u lympho nang, chuyển đoạn t(14;18) (q32,q21) gây hoạt hoá gen bcl-2. Tất cả các u trong đó gen globulin miễn dịch bị xâm phạm đều có nguồn gốc tế bào B. Trong một tình trạng tương tự, sự bộc lộ quá mức của nhiều tiền gen u trong các u tế bào T là do sự chuyển đoạn ảnh hưởng đến locus của thụ thể của kháng nguyên tế bào T. Các gen bị tổn hại khác nhau nhưng trong nhiều trường hợp, nó mã hoá các yếu tố phiên mã của nhân.

Nhiễm sắc thể Philadelphia, đặc hiệu của bệnh bạch cầu loại tuỷ mạn tính và phân nhóm của bệnh bạch cầu nguyên bào lympho cung cấp ví dụ về prototip của một gen u được hình thành do sự hợp nhất hai gen riêng biệt. Trong những trường hợp này chuyển đoạn lẫn nhau giữa nhiễm sắc thể 9 và nhiễm sắc thể 22 định vị lại đoạn cắt ngắn c-abl (từ nhiễm sắc thể 9) sang gen bcr trên nhiễm sắc thể 22. Gen lai c-abl-bcr mã hoá protein thể khảm (thể ghép có hoạt động của tyrosin kinase. Mặc dù sự chuyển đoạn giống về mặt di truyền trong bệnh bạch cầu loại tuỷ mạn tính và bệnh bạch cầu lympho mạn tính, chúng khác nhau ở mức phân tử. Trong bệnh bạch cầu loại tuỷ mạn tính, protein thể khám có trọng lượng phân tử 210 kD, trong khi trong bệnh bạch cầu lympho cấp tính xâm phạm hơn, protein thể khảm có trọng lượng phân tử 180 cD, protein hợp nhất abl-bcr được hình thành.

Sự hợp nhất gen ảnh hưởng đến các yếu tố phiên mã. Yếu tố phiên mã này mã hoá gen MLL (myeloid, lymphoid, leukemia) trên nhiễm sắc thể 11q23, được biết là liên quan đến 25 chuyển đoạn nhiễm sắc thể trong nhiều gen tương đồng khác nhau, một số mã hoá các yếu tố phiên mã. Gen MLL được phát hiện trong khoảng 5 đến 10% tất cả các bệnh bạch cầu cấp. Nó mã hoá yếu tố tương đồng của gen Drosophila trichorax (trx) của động vật có vú và được cho là điều hoà bộc lộ các gen homeobox(Hox) trong các tế bào tiền thân tạo máu. Cùng với các u của cơ quan tạo máu, nhiều sacôm có những chuyển đoạn đặc hiệu gây hậu quả là tạo thành các gen thể khảm mã hoá các yếu tố phiên mã. Gen sacôm Ewing (EWS) trên 22q12, lần đầu tiên được mô tả trong nhiều típ sacôm. Chính EWS là một yếu tố phiên mã, và tất cả các gen tương đồng được phân tích cũng mã hoá yếu tố phiên mã. Ví dụ trong u Ewing, gen EWS hợp nhất với gen FL-1, protein thể khảm EWS-FL-1 được hình thành là một yếu tố truyền hoạt hoá của yếu tố khởi phát c-myc và vì vậy có thể gây bộc lộ quá mức của c-myc.

Khuếch đại gen

Hoạt hoá tiền gen u kết hợp với bộc lộ quá mức sản phẩm của nó có thể gây hậu quả tăng gấp đôi và khuếch đại nhiều lần các chuỗi ADN của chúng. Sự khuếch đại như vậy có thể gây nên hàng trăm bản sao của tiền gen u trong tế bào u. Các gen khuếch đại có thể dễ dàng được phát hiện bằng phương pháp lai phân tử với mẫu thử nghiệm ADN thích hợp. Trong một số trường hợp, các gen khuếch đại có thể gây nên những thay đổi di truyền tế bào dễ dàng được phát hiện trên vi thể. Hai cặp tương đồng riêng biệt có thể gặp: Nhiều cấu trúc giống nhiễm sắc thể nhỏ được gọi là các “tiểu thể kép” (double minues – dms) hoặc các vùng nhuộm đồng đều (homogenous stain regions – HSRs). Những vùng nhuộm đồng đều này có nguồn gốc từ sự tập hợp của những gen khuếch đại vào một nhiễm sắc thể mới; vì các vùng này có chứa các ghen khuếch đại không có các hình thái băng (nhiễm sắc thể) bình thường, chúng trở nên đồng nhất trong kiểu nhân của băng G. Những trường hợp điển hình nhất của sự khuếch đại gen liên quan với N-myc trong u nguyên bào thần kinh và c-erb B2 trong ung thư vú. Chúng bị khuếch đại trong 30 đến 40% các u này và trong cả hai trường hợp sự khuếch đại gen này liên quan với tiên lượng xấu. Tương tự như vậy, sự khuếch đại của L-myc và N-myc liên quan nhiều với tiến triển của bệnh trong ung thư tế bào nhỏ của phổi. Các ghen khác thường bị khuếch đại bao gồm c-myc (ung thư biểu mô vú, buồn trứng, phổi) và cyclin D (ung thư biểu mô vú và nhiều ung thư biểu mô tế bào vảy).

2.Các gen ức chế ung thư

Trong khi các tiền gen u mã hoá các protein khởi động sự phát triển tế bào, các sản phẩm của các gen ức chế u làm ngừng sự phát triển tế bào. Thuật ngữ gen ức chế u là sự đặt tên nhầm lẫn vì chức năng sinh lý của các gen này là điều hoà sự phát triển tế bào, không phải là ngăn cản sự hình thành u. Vì sự mất các gen này là sự kiện chìa khoá trong nhiều hoặc có thể trong tất cả các khối u ở người và sự phát hiện ra nó bắt nguồn từ sự nghiên cứu các khối u, thuật ngữ ức chế u hoặc gen kháng u vẫn tồn tại.

Tương tự như những phát minh khác trong y học, các gen ức chế được phát triển nhờ việc nghiên cứu những bệnh hiếm gặp như trong trường hợp u nguyên bào thần kinh, u gây bệnh ở khoảng 1 trong 20.000 trẻ em. Khoảng 60% các u nguyên bào thần kinh là đơn phát, 40% còn lại là bệnh gia đình với tố bẩm phát sinh u được truyền theo kiểu trội nhiễm sắc thể thường. Để cắt nghĩa sự phát sinh thể gia đình hay đơn phát của một u như vậy, Knudson đã đề nghị giả thuyết “hai lần va chạm” (“two-hits”) của sinh u thư nay đã trở thành nổi tiếng. Ông đã gợi ý rằng trong những thể di truyền, một thay đổi di truyền (“va chạm thứ nhất”) được thừa hưởng do di truyền từ bố mẹ và vì vậy có trong tất cả các tế bào soma của cơ thể, trong khi đột biến thứ hai (“va chạm thứ hai”) xẩy ra trong một hay nhiều tế bào võng mạc (những tế bào này đã mang sẵn đột biến thứ nhất). Tuy nhiên, trong những trường hợp đơn phát, cả hai đột biến (va chạm) xẩy ra trong một tế bào võng mạc duy nhất, tế bào con của tế bào này tạo thành u. Giả thuyết này đã được chứng minh bằng các nghiên cứu tế bào di truyền và phân tử và hiện nay đã được khái quát bằng các thuật ngữ chính xác hơn:

– Những đột biến cần thiết cho sự hình thành u nguyên bào võng mạc liên quan đến gen Rb, nằm trên nhiễm sắc thể 13q14. Trong một số trường hợp, những hư hại di truyền đủ lớn để có thể nhìn thấy được dưới dạng thiếu hụt 13q14.

– Cả hai alen bình thường của locus Rb phải bị bất hoạt (hai lần va chạm) cho sự phát triển u nguyên bào võng mạc Trong những thể gia đình, trẻ em sinh ra với một phiên bản bình thường và một phiên bản khuyết tật. Chúng bị mất phiên bản lành trong các nguyên bào võng mạc qua một số thể của đột biến soma (đột biến điểm, thiếu hụt kẽ của 13q14) hoặc thậm chí mất hoàn toàn nhiễm sắc thể 13 bình thường. Trong những trường hợp đơn phát, cả hai alen Rb bình thường bị mất bởi đột biến soma của một trong số những nguyên bào võng mạc. Những kết quả cuối cùng giống nhau: Một tế bào võng mạc đã mát cả hai phiên bản bình thường của gen Rb phát triển thành ung thư.

– Những bệnh nhân với u nguyên bào võng mạc gia đình cũng có nguy cơ tăng cao mắc các bệnh sacôm xương và một số sacôm mô mềm khác. Hơn nữa bất hoạt của locus Rb đã được phát hiện ở nhiều các u khác, bao gồm ung thư biểu mô tuyến vú, ung thư biểu mô tế bào nhỏ của phổi và ung thư bàng quang. Như vậy mất các gen Rb đều có sự liên quan ngoài sự phát triển của u nguyên bào võng mạc.

Đến đây đã có thể làm rõ một số thuật ngữ. Một đứa trẻ mang một alen Rb đột biến do di truyền trong tất cả các tế bào thân là hoàn toàn bình thường (trừ tăng nguy cơ phát sinh ung thư). Vì một đứa trẻ như vậy là dị hợp tử ở locus Rb, nó chứng tỏ rằng tính dị hợp tử với các gen Rb không ảnh hưởng đến bản chất của tế bào. Ung thư phát sinh khi tế bào trở nên đồng hợp tử với một alen đột biến, hoặc theo một cách khác, mất tính đồng hợp tử cho một gen Rb bình thường. Vì gen Rb kết hợp với ung thư khi cả hai phiên bản bình thường bị mất, đôi khi nó được gọi là gen ung thư lặn.

Gen Rb là một kiểu mẫu cho nhiều gen khác có hoạt động tương tự. Ví dụ một trong nhiều gen trên cánh tay ngắn của nhiễm sắc thể 11 giữ vai trò quan trọng trong sự hình thành u Wilms, u nguyên bào gan, sacôm cơ vân. Sự mất không ngẫu nhiên và hằng định của tính dị hợp tử cung cấp những chìa khoá quan trọng cho sự định vị của nhiều gen ức chế ung thư.

Các sản phẩm protein của các gen ức chế u

Các tín hiệu và các đường truyền tín hiệu của sự ức chế phát triển còn ít được hiểu biết so với sự hiểu biết về các kích thích phát triển. Tuy nhiên có thể tóm tắt rằng giống như các tín hiệu phân bào, các tín hiệu ức chế phát triển có nguồn gốc từ ngoài tế bào và sử dụng các thụ thể, các yếu tố truyền tín hiệu và các yếu tố điều hoà chu kỳ tế bào và phiên mã nhân để thực hiện các tác động của chúng. Các gen ức chế u hình như mã hoá các thành phần khác nhau của quá trình ức chế phát triển.

Các phân tử điều hoà sự phiên mã của nhân và chu kỳ tế bào.

Cuối cùng tất cả các tín hiệu âm hay dương tính đều được chuyển đến nhân tế bào, ở đây sự quyết định phân chia hay không phân chia sẽ được thực hiện. Liên quan với hiện tượng này là những sản phẩm của nhiều gen ức chế u (Rb, WT-1 và p53) khu trú ở trong nhân.

Gen Rb. Người ta hiểu biết nhiều về gen Rb vì đó là gen đầu tiên được phát hiện. pRb, sản phẩm của gen Rb là một phosphoryl của nhân giữ vai trò chìa khoá trong điều hoà chu trình tế bào. Nó được phát hiện trong mỗi loại tế bào đã được nghiên cứu, ở đây nó tồn tại dưới trạng thái hoạt động phosphoryl hoá thấp và trạng thái không hoạt động phosphoryl hoá cao. Ở trạng thái hoạt động, pRb có vai trò như một cái phanh kìm hãm sự tiến triển của tế bào từ pha G1 tới pha S của chu kỳ tế bào. Khi các tế bào bị kích thích bởi các yếu tố phát triển, các protein Rb bị bất hoạt bởi sự phosphoryl hoá (pRb-P), cái phanh được thả ra, các tế bào vượt qua trạm kiểm soát G1 → S. Một khi các tế bào đã đi vào pha S, chúng tiếp tục phân chia mà không cần kích thích bổ sung của yếu tố phát triển. Trong pha M tiếp theo các nhóm phosphat được loại ra khỏi pRb bởi men phosphoryl của tế bào, nhờ đó sinh ra thể không phosphoryl hoá của pRb.

Cơ sở phân tử của tác động kìm hãm đã được làm sáng tỏ trong một chi tiết quan trọng. Các tế bào nghỉ ngơi (trong G0 hoặc giai đoạn đầu của G1) chứa các thể hoạt động phosphoryl hoá thấp của pRb. Trong tình trạng này pRb ngăn cản sự phiên mã tế bào bằng cách gắn, và có thể bằng cô lập họ E2F của các yếu tố phiên mã. Khi các tế bào nghỉ ngơi vị kích thích bởi yếu tố phát triển, nồng độ của các cyclin D và E tăng lên và sự hoạt hoá có hiệu quả của cyclin D/CDK4, cyclin D/CDK6 và cyclin D/CDK2 dẫn tới phosphoryl hoá pRb. Các thể phosphoryl hoá cao của pRb giải phóng các yếu tố phiên mã E2F. Các protein E2F được giải phóng tạo thành các heterodime với họ DP của các protein và hoạt hoá nhiều gen bia phiên mã. Các vị trí gắn của E2F-ADN đã được xác định ở các vùng điều hoà của nhiều gen mà các sản phẩm của nó cần thiết cho pha S của chu kỳ tế bào. Sự hoạt động chính xác của nhóm liên kết pRb-E2F trong sự điều hoà chuyển G1 → S chưa hoàn toàn biết rõ. Theo một quan điểm, pRb phosphoryl hoá thấp ngăn cản sự hoạt hoá của các gen E2F đáp ứng bằng sự cô lập về vật lý các protein E2F.

Gen p53. Protein p53 được mô tả lần đầu tiên là một protein của nhân (53.000 dalton) biểu lộ trong sacôm của chuột gây nên do methylcholanthren) nhưng không có trong các tử vong của chuột bình thường. Lúc đầu người ta cho rằng đó là một oncoprotein bộc lộ đặc hiệu bởi các tế bào u, ngày nay người ta xếp vào họ các gen ức chế u. Protein p53 bộc lộ ở tất cả các tế bào bình thường nhưng thời gian bán huỷ của loại p53 hoang dại (“bình thường”) này ngắn (6 đến 30 phút) nên nó không được tích luỹ đủ mức để có thể được phát hiện bằng các kỹ thuật hoá mô miễn dịch bình thường. Trái lại Protein p53 đột biến, có thời gian bán huỷ dài, tích luỹ lại và được phát hiện dễ dàng trong nhân tế bào. P53 lf một gen ức chế u được nghiên cứu kỹ, nằm trên nhiễm sắc thể 17p13.1 Sự biến đổi của p53 được xác định bằng phương pháp di truyền tế bào, phân tử và hoá mô miễn dịch là những bất thường di truyền phổ biến nhất gặp ở người và đó là một đích phổ biến nhất của biến đổi di truyền trog các khối u ở người. Trên 50% các u của người có chứa các đột biến của gen này. Sự mất đồng hợp tử của gen p53 được tìm thấy hầu như trong mọi loại ung thư, bao gồm ung thư biểu mô phổi, đại tràng, và vú, ba nguyên nhân chính của tử vong do ung thư ở người. Trong nhiều trường hợp, đột biến không hoạt hoá ảnh hưởng đến cả hai alen thu được ở các tế bào thân. Ít phổ biến hơn, một số cá thể có được do di truyền một alen p53 đột biến. Cũng như với gen Rb, sự có được do di truyền một alen đột biến là yếu tố tiền đề làm cho một cá thể phát sinh u ác tính vì chỉ một “va chạm” phụ thêm là đủ để bất hoạt một alen bình thường thứ hai. Những người như vậy được gọi là có hội chứng Li-Fraumeni có nguy cơ phát sinh u ác tính lớn hơn gấp 25 lần ở tuổi 50 so với quần thể dân cư nói chung. Trái với những bệnh nhân có được do di truyền một alen Rb đột biến, phạm vi của cá u phát sinh ở những bệnh nhân với hội chứng Li-Fraumeni khá rộng. Các loại u phổ biến nhất là các sacôm, ung thư vú, bệnh bạch cầu và ung thư biểu mô vỏ thượng thận. So với các u đơn phát, các u phát sinh ở những bệnh nhân mắc chứng Li-Fraumeni xẩy ra ở tuổi trẻ hơn và một cá thể có thể phát sinh nhiều u tiên phát.

Bằng chứng về đột biến p53 phổ biến hơn ở nhiều loại u ở người chứng tỏ rằng p53 có vai trò như một người gác cửa quan trọng chống lại sự hình thành u. Rõ ràng là p53 có vai trò như một “cảnh sát phân tử” ngăn cản sự lan tràn của các tế bào bị hư hại về di truyền. protein p53 khu trú ở trong nhân tế bào và khi tác động, nó có chức năng đầu tiên là kiểm soát sự phiên mã của nhiều gen khác. Trong những điều kiện sinh lý, p53 có thời gian bán hủy ngắn (20 phút), có lẽ do sự phân hủy protein d trung gian của ubiquitin, và vì vậy, trái với pRb, nó không giám sát chu kỳ của tế bào bình thường. Tuy nhiên p53 được huy động để thực hiện sự gián đoạn cấp cứu khi ADN bị hư hại bởi phóng xạ ion, ánh sáng UV, các hóa chất gây đột biến. Trong những cuộc tấn công như vậy, có những thay đổi trầm trọng trong gen p53 ngủ. Qua những cơ chế chưa được biết rõ, có sự tăng nhanh mức p53 và hoạt hóa p53 như một yếu tố phiên mã. Típ hoang dại của p53 được tích lũy gắn với ADN và kích thích sự phiên mã của nhiều gen, các gen này làm trung gian cho hai tác động chính của p53: Làm dừng chu trình tế bào và chết tế bào theo chương trình. Sự dừng chu trình tế bào gây nên do p53 xẩy ra muộn trong pha G1 và gây nên do sự phiên mã phụ thuộc p53 của yếu tố ức chế p21 của CDK. Gen p21 ức chế các phức hợp cyklin/CDK và vì vậy ngăn cản sự phosphoryl hóa của pRb cần thiết cho tế bào đi vào pha S. Sự nghỉ của chu trình tế bào như vậy là tốt vì nó cho phép tế bào có thời gian để sửa chữa những hư hại gây nên do các tác nhân đột biến. p53 cũng giúp cho quá trình này một cách trực tiếp bằng cách kích thích sự phiên mã của GADD45 (Growth Arrest and DNA Damage), một protein tham gia vào sửa chữa ADN. GADD45 cũng giúp cho sự dừng lại G1 theo những cơ chế chưa được biết rõ. Nếu sự hư hại của ADN được sửa chữa có hiệu quả, p53 hoạt hóa một gen gọi là mdm2, các sản phẩm của nó gắn với và điều hòa giảm p53, vì vậy giải phóng sự kìm hãm chu kỳ tế bào. Nếu trong thời kỳ nghỉ trong phân chia tế bào, sự hư hại ADN có thể không được sửa chữa một cách có hiệu quả, p53 bình thường, có lẽ như một nỗ lực sửa chữa cuối cùng, gửi tế bào đến một nghĩa địa bằng cách hoạt hóa các gen gây chết tế bào theo chương trình. IGF-BP3 và bax là hai gen chịu trách nhiệm về p53 mang các lệnh gây chết tế bào của p53. bax gắn với và gây đối kháng với protein bcl-2 ức chế chết tế bào theo chương trình. IGF-BP3 gắn với thụ thể của yếu tố phát triển giống -insulin (IGF) và có lẽ gây chết tế bào theo chương trình bằng cách phong tỏa việc truyền tín hiệu trong tế bào qua trung gian của IGF. Cần phải nhấn mạnh rằng sự hoạt hóa phiên mã của các gen xuôi dòng như p21, GADD45, và bax là quan trọng đối với chức năng bình thường của p53. Cùng với quan niệm này đột biến phổ biến nhất làm vô hiệu hóa tác động đến vùng gắn ADN của chúng, vì vậy ngăn cản sự phiên mã phụ thuộc ADN của các gen. Rất có thể p53 cũng làm trung gian cho một số tác động của chúng bằng sự tác động qua lại protein-protein, tuy nhiên, điều này chưa được hiểu biết đầy đủ.

Tóm lại, p53 làm ngừng sự hư hại ADN bởi những cơ chế không được biết rõ và hỗ trợ cho việc sửa chữa ADN bằng cách gây dừng ở G1 và kích thích các gen ADN được sửa chữa. Một tế bào có ADN bị hư hại không được sửa chữa sẽ được p53 điều khiển đi vào chết tế bào theo chương trình. Do các hoạt động này, p53 đáng được gọi là “người canh gác bộ gen”. Nếu mất đồng hợp tử của gen p53, tổn hại ADN không được sửa chữa, đột biến trở thành cố định trong các tế bào đang phân chia và tế bào đi vào đường một chiều dẫn đến chuyển dạng ác tính.

Một cơ chế khác giúp p53 bình thường có thể ngăn cản sự phát triển u mới được phát hiện. Hình như là thêm vào với sự hư hại ADN, thiếu oxy cũng có thể kích thích sự hoạt hóa của p53 bình thường. Sự tạo mạch của u là quan trọng cho sự phát triển của tế bào u. Các tế bào u bị thiếu oxy sẽ bị chết tế bào theo chương trình nếu các tế bào đó có phiên bản bình thường của gen p53. Nếu gen p53 bị đột biến, các tế bào u thiếu oxy có thể đề kháng với chết tế bào theo chương trình. Vì vậy, sự thiếu oxy tuyển chọn các tế bào trong đó gen p53 bị bất hoạt và sự phát triển của các tế bào thiếu p53 được tạo thuận lợi.

Cùng với các đột biến tế bào thân và di truyền, các gen p53 có thể bị bất hoạt theo một cơ chế khác. Như với pRb, các protein chuyển dạng của nhiều virus ADN, bao gồm protein E6 của virus u nhú của người có thể gán với và phân hủy p53. Protein gắn ơ53 của tế bào, mdm2, nó bình thường điều hòa giảm hoạt động của p53, được bộc lộ quá mức trong một phân nhóm các sacôm mô mềm của người là do hậu quả của sự khuếch đại gen. Do kích thích phân hủy nhanh p53, mdm2 tác động như một tác nhân sinh ung thư.

Khả năng p53 giám sát chết tế bào theo chương trình phản ứng với sự hư hại ADN đã có một số áp dụng trong điều trị. Điều trị tia và hóa chất, hai hình thức phổ biến nhất của điều trị ung thư, tác động bằng cách gây hư hại ADN và sau đó là chết tế bào theo chương trình. Người ta nhận thấy là các u mang các gen p53 bình thường đáp ứng với các biện pháp điều trị này tốt hơn các u mang gen p53 đột biến. Đó là trường hợp u quái – ung thư biểu mô (teratocarcinoma) tinh hoàn và bệnh bạch cầu nguyên bào lympho ác tính ở trẻ em. Trái lại, các u ung thư phổi và ung thư đại trực tràng thường mang p53 đột biến và tương đối đề kháng với điều trị hóa chất và điều trị tia.

Như vậy, đã gần 20 năm nay, gen p53 được phát hiện và được coi là gen duy nhất thuộc loại này cả về cấu trúc và chức năng. Đến cuối năm 1997, tình trạng đã thay đổi một cách đáng khích lệ với sự phát hiện ra gen p73. Khu trú ở 1p36, gen này mã hóa một protein mang nhiều đặc điểm tương tự như p53. Nó có một vùng gắn ADN giống một vùng tương ứng của p53 và giống như p53, nó có thể gây dừng chu kỳ tế bào và gây chết tế bào theo chương trình trong những điều kiện thích hợp. Sự mất 1p36 ở đó có gen p73 là phổ biến trong nhiều loại u trong đó có u nguyên bào thần kinh, ung thư đại tràng và ung thư vú. Nhiều nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào gen họ hàng của p53 này.

Các gen BRCA-1 và BRCA-2. Các gen BRCA-1 nằm trên nhiễm sắc thể 17p12-21 và BRCA-2 nằm trên nhiễm sắc thể 13p12-13 là hai gen ức chế u mới được phát hiện thường kết hợp với sự phát sinh ung thư vú và nhiều loại ung thư khác. Cũng như với các gen ức chế u khác, các các thể có được do di truyền và các đột biến của BRCA-1 và BRCA-2 rất dễ mắc ung thư vú. Người có đột biến dòng tế bào phôi của gen BRCA-1 thường có nguy cơ mắc các ung thư biểu mô của buồng trứng cao hơn và nguy cơ mắc các ung thư tuyến tiền liệt và đại tràng tăng nhẹ. Cũng giống như vậy, các đột biến gen của BRCA-2 làm tăng nguy cơ phát sinh ung thư vú nam giới, buồn trứng và có thể cả tuyến tiền liệt, tụy và thanh quản. Khoảng 5-10% ung thư vú là gia đình và đột biến gen BRCA-1 và BRCA-2 chiếm khoảng 80% các ung thư vú gia đình. Đột biến của BRCA-1 và BRCA-2 hiếm gặp trong các ung thư vú đơn phát. Vì vậy, hình như khác với nhiều gen ức chế u khác (Rb,p53,NF-1) kết hợp với hội chứng ung thư gia đình, không một gen nào trong hai gen BRCA kết hợp với sự phát triển của các thể ung thư vú (đơn phát) không gia đình.

Chức năng của BRCA-1 và BRCA-2 chưa được xác định đầy đủ. Các sản phẩm protein của cả hai gen này đều khu trú ở trong nhân và được cho là tham gia vào điều hòa phiên mã. Một số bằng chứng gợi ý là BRCA-1 và BRCA-2 tham gia vào sửa chữa ADN. Kết luận này dựa trên nhận xét là các protein của BRCA-1 và BRCA-2 tác động qua lại với Rad 51, một protein tham gia vào điều hòa việc tái tổ hợp và sửa chữa ADN chuỗi xoắn kép. Theo quan điểm này, những đột biến trong các gen BRCA giống như những đột biến trong các gen sửa chữa ADN khác không điều hòa trực tiếp sự phát triển của tế bào, nói đúng hơn, chúng là tiền đề cho những sai sót trong phiên mã ADN, do đó dẫn đến những đột biến trong những gen khác làm ảnh hưởng trực tiếp đến chu kỳ tế bào và sự phát triển của tế bào. Giả thuyết này không hoàn toàn phù hợp với nhận xét là giống như p53,BRCA-1 điều hòa âm bằng hoạt hóa phiên mã p21 ức chế CDK. Sự phức tạp của vấn đề này hiện nay đang được nghiên cứu tích cực.

Các phân tử điều hòa truyền tín hiệu

Sự điều hòa giảm của các tín hiệu kích thích phát triển là một lĩnh vực tiềm năng khác trong đó các sản phẩm của các gen ức chế u có thể hoạt động. Các sản phẩm của gen NF-1 và gen APC thuộc loại này. Những đột biến của các dòng tế bào phôi ở locus NF-1 (17q11.2) và APC(5q21) kết hợp với các u lành tính là tiền đề cho các ung thư biểu mô phát triển sau này.

Với trường hợp gen APC (adenomatous polyposis coli), các cá thể sinh ra với một alen đột biến của gen này sẽ phát sinh hàng trăm, thậm chí hàng nghìn polip u tuyến ở đại tràng trong lứa tuổi 13 đến 19 hoặc 20 (bệnh polip u tuyến gc -FAP). Gần như chắc chắn, một hay nhiều polip này chuyển dạng ác tính gây phát sinh ung thư đại tràng. Cũng như với các gen ức chế u khác, cả hai phiên bản của gen APC phải mất mới dẫn đến phát sinh u. Khi điều đó xảy ra, các u tuyến đại tràng ở chuột với việc làm rối loạn gen APC trong niêm mạc đại tràng. Mặc khác, nhiều đột biến phụ thêm cần thiết cho sự phát sinh ung thư trong u tuyến. Cùng với ung thư phát sinh trên một polip u tuyến gia đình, phần lớn (70 đến 80% các ung thư biểu mô đại trực tràng) không có tc gia đình và các u tuyến đơn phát cũng có mất đồng hợp tử của gen APC, vì vậy khẳng định vai trò của mất gen APC trong bệnh sinh của các khối u đại tràng.

Protein APC khu trú trong bào tương, ở đây chúng tác động qua lại với nhiều protein nội bào khác, trong đó có catein, một protein có thể đi vào nhân tế bào, hoạt hóa việc phiên mã các gen kích thích phát triển. Một chức năng quan trọng của protein APC là gây thoái biến β-catenin. Do đó duy trì mức độ thấp nhất của chất này trong bào tương. Sự bất hoạt hóa gen APC gây hậu quả mất protein APC, làm tăng mức β-catenin của tế bào, chất này sẽ xâm nhập vào nhân tế bào và điều hòa tăng sinh sản tế bào. Vì vậy, APC là yếu tố điều hòa âm tính của việc truyền tín hiệu β-catenin. Tầm quan trọng của đường truyền tín hiệu APC-β-catenin trong tạo u được chứng minh bằng sự kiện là trong ung thư đại trực tràng có các gen APC bình thường, mức β-catenin tăng cao vì những đột biến trong β-catenin làm cho nó khó thực hiện tác động giáng hóa APC. Rối loạn điều hòa trong đường truyền tín hiệu APC-β-catenin không chỉ giới hạn ở ung thư đại tràng, những đột biến của APC hoặc β-catenin mới được tìm thấy trong khoảng gần 30% các dòng tế bào u hắc tổ. Cả APC và β-catenin đều các chất tương ứng trong tế bào khác, gợi ý rằng chức năng bình thường của nó vượt ra ngoài sự điều hòa của việc truyền tín hiệu β-catenin. Ví dụ β-catenin gắn với phía bào tương của E-cadherin, một protein bề mặt tế bào duy trì sự dính giữa các tế bào. Các tế bào ung thư giảm dính có thể do sự không hoàn hảo trong trục cadherin-catenin.

Gen NF-1 tương tự gen APC. Các cá thể có được do di truyền một alen đột biến phát sinh nhiều u xơ thần kinh lành tính, có lẽ do hậu quả của sự bất hoạt phiên bản thứ hai của gen NF-1. Trường hợp này được gọi là bệnh u xơ thần kinh típ I. Một số u xơ thần kinh sau này phát triển thành sacôm xơ thần kinh. Các trẻ em mắc u xơ thần kinh típ I cũng có nguy cơ cao phát sinh bệnh bạch cầu loại tủy cấp tính. Chức năng của neurofibromin, một sản phẩm protein của gen NF-1 và điều hòa việc truyền tín hiệu qua protein ras. Cần phải nhắc lại rằng protein ras tham gia vào việc truyền tín hiệu qua kích thích phát triển, điều chỉnh giữa trạng thía gắn GDP (không hoạt động) và gắn GTP (hoạt động). Neurofibromin là một protein hoạt hóa GRPase, nó tạo điều kiện cho sự chuyển ras hoạt động thành ras không hoạt động. Khi mất NF-1, ras bị chuyển thành trạng thái hoạt động, phát tín hiệu.

Các thụ thể bề mặt

Có nhiều típ phân tử bộc lộ trên bề mựat tế bào có thể điều hòa sự phát triển và tính chất của tế bào. Các phân tử này bao gồm các thụ thể với các yếu tố phát triển như TGF-β và các protein điều hòa các phát triển dính như cadherin. Sự gắn của TGF-β với các thụ thể của nó làm tăng điều hòa phiên mã các gen ức chế phát triển. Nó làm tăng hiệu quả, một phần bằng sự kích thích tổng hợp các yếu tố ức chế CKD (cyklin-dependent kinase). Điều đó dẫn đến kìm hãm chu kỳ tế bào bằng cách ức chế tác động của phức hợp cyklin/CDK. Những đột biến của thụ thể TGF-β và đường truyền tín hiệu của nó mới được phát hiện trong nhiều ung thư. Ví dụ gen mã hóa thụ thể TGF-β bị bất hoạt trong khoảng 15% các ung thư đại tràng. Tương tự như vậy các gen SMAD2 và SMAD4 mã hóa protein của đường ức chế TGF-β cũng bị xóa bỏ hoặc bất hoạt trong một số ung thư đại tràng và ung thư tụy.

Cadherin thuộc họ glycoprotein, nó tác động như các chất kết dính giữa các tế bào biểu mô. Mất cadherin có thể tạo điều kiện thuận lợi cho một phenotip ác tính bởi sự dễ dàng phân ly của các tế bào, sau đó chúng có thể xâm nhập tại chỗ hay di căn. Giảm bộc lộ trên bề mặt tế bào của E-cadherin đã được ghi nhận trong nhiều loại ung thư, bao gồm các ung thư phát sinh ở thực quản, đại tràng, vú, buồng trứng và tuyến tiền liệt. Hơn nữa, mất E-cadherin thường liên quan về nguyên nhân và hậu quả của sự chuyển từ một u tuyến thành một ung thư biểu mô trong mô hình chuột của các tế bào β của tụy. Những nghiên cứu mới đây đã chỉ rõ rằng giống như nhiều gen ức chế u khác, đột biến dòng tế bào phôi của gen E-cadherin có thể là tiền đề cho một ung thư biểu mô dạ dày gia đình. Cơ sở phân tử của sự giảm bộc lộ E-cadherin không giống nhau. Ở một số nhỏ các trường hợp, có sự đột biến trong gen E-cadherin (khu trú ở 16q), trong các ung thư khác, bộc lộ E-cadherin giảm thứ phát sau đột biến của các gen catenin. Catenin gắn với đoạn trong tế bào của cadherin và làm ổn định sự bộc lộ của nó.

Gen DCC như tên gọi là một gen bị “xóa mất” trong ung thư đại tràng (Deleted in Colon Cancer) nằm trên nhiễm sắc thể 18q21. Vì vùng nhiễm sắc thể này thường bị xóa mất trong ung thư biểu mô đại và trực tràng ở người, gen DCC được coi là một gen ức chế u điển hình. Cấu trúc của nó giống như các phân tử bề mặt tế bào khác tham gia vào sự tương tác giữa tế bào với tế bào và tế bào với chất cơ bản gian bào, vì vậy người ta cho rằng gen DCC có thể điều hòa sự phát triển và biệt hóa tế bào bằng việc tổng hợp các tín hiệu từ môi trường của tế bào. Tuy nhiên, nghiên cứu trên chuột thiếu hụt gen DCC đã gây sự nghi ngờ về khả năng DCC là một gen ức chế u. Thay vào đó là khái niệm DCC là một thụ thể bề mặt bào quan trọng trong phát triển trục. Vì vậy hình như là một số gen khác liên kết chặt chẽ với DCC trên nhiễm sắc thể 18q21 là thủ phạm thực sự trong tạo ung thư.

Các gen ức chế u khác

Chắc chắn là còn nhiều gen ức chế u đang được phát hiện. Thường sự định vị của nó bị nghi ngờ bởi việc phát hiện các vị trí tương ứng của sự thiếu hụt nhiễm sắc thể hoặc bởi những nghiên cứu mất dị hợp tử. Một số gen ức chế u chức năng chưa rõ kết hợp với một hội chứng lâm sàng đã xác định được mô tả dưới đây:

– Gen NF-2: Những đột biến dòng tế bào phôi trong gen NF-2 là tiền đề cho sự phát sinh bệnh u xơ thần kinh típ 2. Bệnh nhân có NF-2 phát triển các u tế bào Schwann hai bên của thần kinh thính giác. Thêm vào đó, các đột biến tế bào thân ảnh hưởng tới cả hai alen của NF-2 vừa được tìm thấy trong các u màng não và u màng nội tủy đơn phát. Sản phẩm của gen NF-2 được gọi là merlin có rất nhiều đặc điểm tương đồng với protein 4.1 của bộ xương tế bào của màng hồng cầu. Merlin một mặt gắn với actin, một mặt gắn với CD44, một protein xuyên màng tham gia vào sự tương tác của chất cơ bản tế bào, sự mất merlin dẫn đến sự chuyển dạng như thế nào thì chưa được biết rõ.

– VHL: Những đột biến dòng tế bào phôi của gen Von Hippel-Lindau (VHL) nằm trên nhiễm sắc thể 3p kết hợp với ung thư tế bào thận di truyền, u tế bào ưa crôm (pheochromocytoma), u nguyên bào mạch của hệ thống thần kinh trung ương, u mạch võng mạc và các u nang thận. Những đột biến của gen VHL cũng được ghi nhận trong các ung thư tế bào thận đơn phát. Protein VHL điều hòa sự kéo dài phiên mã bởi ARN polymerase. Chức năng này liên quan đến tạo u như thế nào đến nay vẫn chưa được biết rõ.

– PREN: Chất tương ứng phosphatse va tensin là một gen nằm trên nhiễm sắc thể 10q23, thường bị thiếu trong nhiều loại ung thư của người, bao gồm u nguyên bào thần kinh, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư nội mạc tử cung và ung thư vú. Cấu trúc của gen này gợi ý rằng nó có thể điều hòa âm tính sự tương tác của tế bào với chất cơ bản gian bào bằng phosphoryl hóa các cơ chất không được xác định.

– WT-1: Gen WT-1 nằm trên nhiễm sắc thể 11q23 kết hợp với sự phát triển của u Wilms. Cả hai thể di truyền và đơn phát của u Wilms cùng tồn tại và bất hoạt hóa đột biến của locus WT-1 gặp ở cả hai thể. Protein WT-1 là yếu tố điều hòa phiên mã, có lẽ nó ức chế sự phiên mã của các gen kích thích phát triển. Cùng với WT-1, u Wilms cũng kết hợp với hai gen khác, một nằm trên 11q15 và một gen khác ở vị trí không gắn với nhiễm sắc thể 11.

3.Các gen điều hòa chết tế bào theo chương trình

Trong nhiều năm, việc nghiên cứu các gen sinh u và gen ức chế ung thư đã là cơ sở cho việc hiểu biết về sinh u. Mặc dù chúng tác đông rất khác nhau, các gen này đều thuộc hai loại điều hòa sinh sản tế bào. Ngày nay đã xác định được rằng các gen đề phòng hay gây chết tế bào theo chương trình cũng là những biến đổi quan trọng trong sự cân bằng ung thư. Một nhóm lớn cá gen điều hòa chét tế bào theo chương trình đã được xác định. Các gen này được ghi nhớ bằng các nhóm ba chữ bắt đầu bằng chữ b. Gen chốn chết tế bào theo chương trình lần đầu tiên đã được xác định, bcl-2 là một thành phần của một nhóm lớn protein hômdime và hêtrodime hóa, một số protein này ức chế chết tế bào theo chương trình (như chính bcl-2 và bcl-xL) trong khi các gen khác (như bax, bad, và bcl-xS) tạo điều kiện cho chết tế bào theo chương trình. Việc phát hiện ra gen bcl-2, một gen prototyp trong loại này bắt đầu với nhận xét là khoảng 85% các loại u lympho tế bào B của loại nang có mang một chuyển đoạn điển hình t(14;18)(q22;q21). Cần nhắc lại rằng 14q32 là vị trí các gen chuỗi nặng của globulin miễn dịch cũng liên quan đến u lympho Burkitt. Việc xếp cạnh vị trí hoạt động phiên mã với bcl-2 (khu trú ở 18q21) gây bộc lộ quá mức bcl-2. Theo những cơ chế chưa được biết rõ, việc bộc lộ quá mức bcl-2 bảo vệ các lympho bào khỏi bị chết theo chương trình và cho phép chúng sống lâu dài, vì vậy gây nên sự tích lũy quá mức của lympho bào B, gây bệnh hạch và xâm nhập tủy xương. Vì các u lympho bộc lộc quá mức bcl-2 phần lớn phát sinh là do giảm chết tế bào theo chương trình hơn là do bùng nỏ tăng sinh tế bào, nó có xu hướng lành tính (phát triển chậm) so với phần lớn các u lympho khác. Chứng minh cho vai trò của lympho tế bào B. Không chỉ chức năng của bcl-2 là bất thường mà sự khu trú của nó cũng khác với hầu hết các gen ung thư khác. Nó nằm ở lá ngoài của màng ty thể, lưới nội nguyên sinh và màng nhân. Sự định vị ở ty thể gen bcl-2 và các thành viên khác của họ bcl-2 cũng biểu hiện chức năng của các gen này.

Cơ sở sinh hóa của hoạt động bcl-2 chưa được hoàn toàn hiểu rõ. Chết tế bào theo chương trình là điểm cuối cùng của chuỗi các sự kiện phân tử gây nên bởi nhiều kích thích và về sau dẫn đến sự hoạt hóa các men thủy phân protein gây chết tế bào (men caspase). Các thành viên của họ bcl-2 ảnh hưởng một cách chính xác tới sự hoạt hóa của các caspase như thế nào đang được khảo sát tường tận. Dưới đây là những nét chính về những suy nghĩ hiện nay về tác động của bcl-2. (Tuy nhiên, phải nói rằng trong lĩnh vực đang biến động nhanh chóng này những giải thuyết có thể được chấp nhận rồi lại bị thải bỏ nhanh hơn là sự phát triển của các u ác tính cao! Ramizi S.cotran, 1999).

– Trong nhiều mô hình chết tế bào theo chương trình, việc giải phóng cytochrom C khỏi ty thể là bước quan trọng trong chuỗi các sự kiện dẫn đến chết tế bào theo chương trình. Một chức năng của cytochrom C được giải phóng hình như là hỗ trợ cho sự hoạt hóa men caspase 9 phân hủy protein.

– Khu trú một cách chiến lược ở màng ngoài ty thể bcl-2 và yếu tố tương đồng của nó được cho là có vai trò điều hòa sự đi ra của cytochrom khỏi nhiễm sắc thể và trong bào tương tế bào. Sự đi ra của cytochrom C này được điều hòa một cách chính xác như thế nào thì chưa được biết rõ, nhưng có một số bằng chứng là bax, một thành viên trước chết tế bào theo chương trình của họ bcl-2 tạo thành một kênh trong màng nhiễm sắc thể cho phép sự đi ra của cytochrom C (và vì vậy dẫn đến chết tế bào theo chương trình), trong khi bcl-2 phong tỏa hoạt động tạo kênh của bax.

– Các thành phần trước chết tế bào theo chương trình và chống chết tế bào theo chương trình của họ bcl-2 tác động như một cái biến trở trong điều hòa chết tế bào theo chương trình. Tỷ lệ của các chất chống chết (bcl-2, bcl-XL) với chất gây chết (bax,bcl-xS,bad, bid) sẽ quyết định một tế bào đáp ứng với một kích thích chết tế bào theo chương trình như thế nào. Cái biến trở này sẽ hoạt động ít nhất một phần do sự dime hóa cạnh tranh giữa các thành phần khác nhau của các nhóm chất. Vì vậy trong khi các homodime của bcl-2 tạo điều kiện cho sự sống sót của tế bào (có lẽ do sự thay thế bax tạo kênh từ màng ti thể), các hômdime bax tạo thuận lợi cho chết tế bào theo chương trình. Người ta cũng cho rằng các yếu tố điều hòa sự phiên mã của họ bcl-2 có thể ảnh hưởng đến chết tế bào theo chương trình. Như đã thảo luận ở trên, tác động trước chết tế bào theo chương trình của gen p53 ức chế u hình như do trung gian điều hòa tăng của gen bax. Phù hợp với ý kiến này là điều hòa tăng của bax ở chuột chuyển gen bax.

Cuối cùng mặc dù họ bcl-2 của các gen bcl-2 đóng vai trò quan trọng trong điều hòa chết tế bào theo chương trình, ít nhất có hai gen kết hợp với ung thư khác cũng liên quan với chết tế bào theo chương trình: Gen p53 và protooncogen c-myc. Cơ chế phân tử của chết tế bào theo chương trình gây nên do hai bước cắt ngang của đường bcl-2. Hoạt hóa p53 như trên đã nêu điều hòa tăng tổng hợp bax và vì vậy làm mất tác dụng chống chết tế bào theo chương trình của bcl-2. Gen c-myc gây chết tế bào theo chương trình khi các tế bào bị điều khiển bởi hoạt hóa c-myc, nhưng sự phát triển được giới hạn bởi khả năng giới hạn của các yếu tố môi trường. Khi đối mặt với các tín hiệu đối lập như vậy, tế bào được lập chương trình chết bởi điều hòa tăng p53 và các tín hiệu chưa được xác định khác. Biểu lộ quá mức của bcl-2 có thể giải thoát cho tế bào không bị chết theo chương trình gây nên do c-myc. Vì vậy hình như là myc và bcl-2 có thể hợp tác trong tạo u: c-myc kích thích sinh sản và bcl-2 ngăn cản chết tế bào ngay cả khi các yếu tố phát triển trở nên bị hạn chế. Đây là một trong nhiều ví dụ trong đó hai hay nhiều gen ung thư hợp tác để gây phát sinh ung thư.

4.Các gen điều hòa sửa chữa ADN

Về mặt lý thuyết con người bơi trong một biển các chất sinh ung thư của môi trường. Mặc dù tiếp xúc với các tác nhân gây hư hại ADN xẩy ra một cách tự nhiên, chẳng hạn như phóng xạ ion hóa, ánh nắng mặt trời, và các chất sinh ung thư trong thức ăn là phổ biến, ung thư là một kết cục tương đối hiếm gặp của sự tiếp xúc này. Tình trạng may mắn này là do khả năng các tế bào bình thường có khả năng sửa chữa ADN bị hư hại và vì vậy đề phòng được những đột biến trong các gen điều hòa sự phát triển tế bào và chết của tế bào theo chương trình. Thêm vào những hư hại ADN có thể xảy ra do các tác nhân môi trường, ADN của những tế bào phân chia bình thường cũng có thể bị những biến đổi do những sai sót xẩy ra một cách tự phát trong quá trình phiên mã ADN. Những sai sót này nếu không được sửa chữa một cách chính xác có thể đẩy tế bào đến những sai sót chuyển dạng u. Tầm quan trọng của việc sửa chữa ADN trong việc duy trì sự toàn vẹn của bộ gen đã được chứng minh bởi nhiều bệnh di truyền trong đó có các gen mã hóa protein tham gia vào việc sửa chữa ADN bị hư hại. Những người sinh ra với các đột biết di truyền của các protein sửa chữa ADN có nguy cơ phát sinh ung thư.

Vai trò của các gen sx ADN trong việc làm tiền đề cho phát sinh ung thư được chứng minh qua hội chứng tu đại tràng không polip di truyền. Bệnh này có đặc điểm là ung thư biểu mô gia đình của đại tràng gây tổn thương chủ yếu ở manh tràng và đại tràng gần. Trái với ung thư biểu mô ở những bệnh nhân có đột biến gen APC của tế bào phôi, ung thư biểu mô trong hội chứng ung thư đại tràng không polip di truyền không phát sinh trên các polip u tuyến. Có nhiều típ hư hại ADN và tương tự như vậy có nhiều hình thức sửa chữa ADN, hội chứng ung thư đại tràng không polip di truyền là hậu quả của những thiếu sót của các gen tham gia vào việc sửa chữa ghép đôi không tương xứng. Khi một chuỗi ADN đang phiên mã, các gen sửa chữa ghép đôi không tương xứng hoạt động như những “người kiểm tra đánh vần”. Vì vậy, ví dụ nếu ó một ghép đôi không tương xứng giữa G với T thay cho A với T bình thường, các gen sửa chữa ghép đôi không tương xứng sẽ sửa chữa sai sót này. Thiếu người đọc và người sửa chữa morat này, các sai sót sẽ được tích lũy một cách chậm chạp trong nhiều gen bao gồm cả các protooncogen và các gen ức chế u. Các gen sửa chữa ADN bản thân nó không gây ung thư, nhưng chúng cho phép xuất hiện các đột biến trong các gen khác trong quá trình phân chia tế bào bình thường.

Các tế bào có khuyết tật như vậy trong sửa chữa ADN được gọi là có phenotip sai sót phiên mã, nó có thể được chứng minh bằng xét nghiệp các chuỗi vi vệ tinh (microsatellite) trong ADN của tế bào u. Các chuỗi vệ tinh lặp lại kế tục nhau theo hàng dọc từ một đến sáu nucleotid phân tán khắp bộ gen. Các chuỗi vi vệ tinh của một cá thể cố định suốt đời và giống nhau trong mọi mô. Với những sai sót trong sửa chữa ghép đôi không tương xứng, có sự mở rộng hay thu hẹp của sự lặp lại này trong các tế bào u, tạo nên các alen không có trong các tế bào bình thường của cùng một bệnh nhân. Tính không ổn định của vi vệ tinh là dấu hiệu của sự sửa chữa ghép đôi không tương xứng có sai sót. Trong các gen sửa chữa ghép đôi không tương xứng của ADN khác nhau, ít nhất có 4 gen tham gai vào bệnh sinh của ung thư biểu mô đại tràng không polip di truyền. Các đột biến gen tế bào phôi trong hMSH2 (2p16) được cho là gây phát sinh u ở 50% các gia đình mắc ung thư biểu mô đại tràng không polip di truyền. Khoảng 30% các trường hợp ung thư biểu mô đại tràng không polip gia đình, đột biến ảnh hưởng đến gen hMLS1 trên nhiễm sắc thể 3p21. Hai mươi phần trăm các trường hợp còn lại có những đột biến trong hPMS1 và hPMS2 và cá gen sửa chữa ghép đôi không tương xứng khác. Mỗi cá thể bị ảnh hưởng có được do di truyền một phiên bản sai sót của một trong nhiều gen sửa chữa ghép đôi không tương xưng ADN và thu được một “cuộc và chạm” thứ hai trong các tế bào biểu mô đại tràng. Vì vậy các gen sửa chữa ADN giống các gen ức chế ung thư về hình thái di truyền nhưng khác với các gen ức chế u, chúng không ảnh hưởng đến sự phát triển tế bào một cách trực tiếp. Vì những đột biến xẩy ra dễ dàng hơn và nhanh hơn ở những bệnh nhân ung thư mô đại tràng không polip di truyền, sự tiến triển của u nhanh hơn và vì vậy bệnh nhân phát sinh ung thư đại tràng ở tuổi trẻ hơn nhiều (dưới 50 tuổi) so với những bệnh nhân không có sai sót trong sửa chữa ADN. Mặc dù ung thư bệnh nhân đại tràng không polip di truyền chỉ chiếm từ 2 đến 4% tất cả các ung thư đại tràng, tính không ổn định của vi vệ tinh có thể được phát triển trong khoảng 15% các ung thư đại tràng đơn phát. Hình như nxd trường hợp đơn phát này có những đột biến tế bào thân trong các gen khác ảnh hưởng đến sửa chữa ghép đôi không tương xứng. Các gen điều hòa phát triển bị đột biến ở những bệnh nhân có ung thư biểu mô đại tràng không polip di truyền chưa được xác định rõ hoàn toàn, nhưng bao gồm các gen mã hóa các thụ thể TGF-β và protein bax gây chết tế bào theo chương trình. Mất các thụ thể TGF-β làm mất tác động tức chế phát triển của TGF-β và những đột biến của gen bax gây rối loạn điều hòa chết tế bào theo chương trình. Rất có thể là tính không ổn định của bộ gen do mất các gen sửa chữa ghép ddooi không tương xứng cũng ảnh hưởng tới nhiều gen liên kết ung thư khác. Mặc dù những sai sót ghép đôi không tương xứng trong phiên mã ADN có thể xẩy ra trong bất cứ tế bào đang phân chia nào, ung thư biểu mô xẩy ra chủ yếu ở đại tràng gần ở những bệnh nhân có ung thư biểu mô đại tràng không polip di truyền. Ở một số gt, cũng có tăng kết hợp ung thư nội mạc tử cung và buồng trứng, nhưng phần lớn các mô khác không bị xâm phạm.

Những bệnh nhân với các bệnh di truyền khác, bệnh xơ cứng bì sắc tố tăng nguy cơ phát sinh ung thư da do tiếp xúc với tia cực tím có trong ánh nắng mặt trời. Cơ sở của bệnh này cũng do sự sửa chữa ADN bị thiếu sót. Ánh sáng cực tím gây liên kết chéo của các cặn pyrimidin ngăn cản sự phiên mã của ADN bình thường. Những hư hại ADN như vậy được sửa chữa bởi hệ thống sửa chữa cắt bỏ nucleotid. Nhiều protein và gen tham gia và sửa chữa bởi hệ thống sửa chữa cắt bỏ nucleotid và sự mất do di truyền một gen nào đó có thể làm phát sinh bệnh xơ cứng bì sắc tố.

Thêm vào các ví dụ nêu trên, một nhóm bệnh di truyền lặn nhiễm sắc thể thường bao gồm hội chứng Bloom, mất điều hòa giãn mao mạch (âtxia telangectasi) và thiếu máu Fanconi có đặc điểm là tăng nhậy cảm với các tác nhân gây hư hại ADN, ví dụ như phóng xạ ion (hội chứng Bloom, rối loạn diều hòa giãn mao mạch) hoặc các tác nhân liên kết chéo ADN như mustin hydroclorua (thiếu máu Fanconi). Phenotip của chúng thường phúc tạp và thêm vào các tiền tố ung thư còn có các đặc điểm khác như hội chứng thần kinh (rối loạn điều hòa giãn mao mạch), thiếu máu (thiếu Fanconi) và khuyết tật phát triển (hội chứng Bloom).

Bệnh nhân có mất điều hòa giãn mao mạch có phenotip phức tạp, có đặc điểm là mất dần các tế bào Purkinje của tiểu não, suy giảm miễn dịch, nhậy cảm cấp tính với phóng xạ ion hóa. Trước đây, người ta cho rằng mất điều hòa giãn mao mạch không đồng nhất về di truyền, do gen AT đã được tạo dòng và bệnh này là do đột biến một gen duy nhất. Tất cả các chức năng của gen AT chưa được làm sáng tỏ, nhưng rất có thể là protein AT tác động như một trung tâm cảm giác của sự hư hại ADN gây nên do phóng xạ ion. Sau một hư hại như vậy, gen p53 được hoạt hóa và do đó gây nên từng chu kỳ tế bào ở G1. Hình như là protein AT nhận biết sự hư hại của ADN và sau đó truyền tín hiệu cho protein p53 đi vào hoạt động. Trong các tế bào thiếu các gen AT bình thường, sự chậm trễ gây nên do p53 trong chu kỳ tế bào không xẩy ra và vì vậy các tế bào hư hại ADN có thể sống được để tiếp tục sinh sản. Gen này mang nhiều ý nghĩa vì người ta ước đoán khoảng 1% quần thể là dị hợp tử và vì vậy là người mang gen. Mặc dù ở người dị hợp tử ung thư không phát sinh, họ được cho là có nguy cơ tăng với hư hại ADN gây nên do phóng xạ. Tuy nhiên, có giả thuyết là họ có nguy cơ cao phát sinh ung thư sau khi tiếp xúc với liều phóng xạ sd trong các kỹ thuật X quang thông thường như chụp vú.

5.Các gen kết thúc và ung thư

Trong hiện tượng già của tế bào, người ta đã biết rõ ràng sau một số lần phân chia nhất định, các tế bào bình thường dừng lại ở trạng thái không phân chia được biết là sự già của tế bào. Các tế bào bình thường có thể “đếm” sự phân chia của chúng như thế nào thì không được biết rõ, nhưng người ta đã biết rằng với mỗi lần phân chia tế bào, có sự ngắn lại của một cấu trúc chuyên biệt được gọi là gen kết thúc (telomere) ở cuối nhiễm sắc thể. Khi gen kết thúc ngắn lại ở một điểm nhất định, sự mất chức năng của gen kết thúc dẫn đến sự hòa hợp tận-tận của nhiễm sắc thể và sự chết của tế bào. Vì vậy sự ngắn lại của nhiễm sắc thể được cho là chiếc đồng hồ đếm sự phân chia tế bào. Trong các tế bào phôi, sự rút ngắn gen kết thúc được ngăn cản bởi chức năng chống đỡ của enzym gen kết thúc, điều đó được cắt nghĩa bằng khả năng của các tế bào này tự phiên mã một cách tích cực. Khả năng này không có ở các tế bào thân, vì vậy chúng bị mất dần các gen kết thúc. Nghiên cứu mới đây đã chỉ rõ rằng việc đưa telomerase vào tế bào bình thường của người gây kéo dài đời sống tế bào. Nghiên cứu này cũng ủng hộ giả thuyết là mất telomerase kết hợp với mất khả năng phiên mã. Nếu mất telomerase là cơ sở của khoảng thời gian sống có hạn của tế bào, thì tế bào ung thư tiếp tục phân chia một cách không hạn định như thế nào? Giả thuyết telomerase về sự già tế bào giúp cắt nghĩa là thêm vào sự mất các ảnh hưởng điều hòa phát triển bình thường, các tế bào ung thư phải tìm cách ngăn cản sự rút ngắn gen kết thúc. Một cơ chế rõ ràng để thực hiện điều này có thể là sự tái hoạt hóa telomerase. Đương nhiên, hoạt tính telomerase mới được phát hiện ở phần lớn khối u của người và những trường hợp thiếu telomerase, các cơ chế kéo dài gen kết thúc khác đã được xác định. Vì vậy có thể nêu giả thuyết sự rút ngắn gen kết thúc là cơ chế ức chế u. Những khái niệm này hiện nay đang được nghiên cứu một cách tích cực.

6.Cơ sở phân tử của tạo ung thư nhiều bước

Khái niệm u ác tính phát sinh từ một chuỗi các sự kiện được ủng hộ bởi các nghiên cứu dịch tễ học, thực nghiệm và phát triển. Từ lâu, trước khi khái niệm gen ung thư (oncogene) và gen chống ung thư (antioncogene) xuất hiện trên y văn, các nhà dịch tễ học ung thư đã giải thích rằng sự tăng ung thư liên quan với tuổi có thể được cắt nghĩa bằng năm hay sau bước độc lập cần thiết cho sự tạo ung thư. Khái niệm này nhận được sự ủng hộ đầu tiên từ các mô hình thực nghiệm của tạo ung thư bằng hóa chất trong đó quá trình tạo thành u được chia thành các bước khác nhau. Nghiên cứu về các gen ung thư và các gen ức chế u đã cung cấp cơ sở phân tử cho thuyết tạo ung thư nhiều bước:

– Các thực nghiệm cấy truyền ADN đã xác định rằng không một gen duy nhất nào (ví dụ như myc, ras) có thể chuyển dạng tế bào đầy đủ in vitro, nhưng gen myc và ras có thể phối hợp làm chuyển dạng nguyên bào xơ. Sự phối hợp như vậy là cần thiết vì mỗi một gen u được chuyên môn hóa để gây nên một phần phenotip cần thiết cho sự chuyển dạng đầy đủ. Trong ví dụ này gen ras kích thích tế bào chế tiết các yếu tố phát triển và làm cho các tế bào có khả năng phát triển không lệ thuộc vào cơ chất bình thường, trong khi gen u myc làm cho tế bào nhậy cảm ơn với các yếu tố phát triển và “làm bất tử” tế bào. Gen u myc và bcl-2 cũng hợp tác trong chuyển dạng u.

– Mỗi loại ung thư ở người được phát triển đều có nhiều biến đổi di truyền ảnh hưởng đến sự hoạt hóa của nhiều gen u và mất hai hoặc nhiều hơn các gen ức chế u. Mỗi biến đổi này là một bước quan trọng trong tiến triển từ một tế bào bình thường thành một u ác tính. Một ví dụ gây ấn tượng của việc thu được phenotip ác tính được chứng minh qua việc nghiên cứu ung thư biểu mô đại tràng. Những tổn thương này đã trải qua một loạt các giai đoạn có thể xác định được về hình thái học: Quá sản biểu mô đại tràng, theo sau đó là sự hình thành mộ u tuyến ngày càng lớn và sau đó nữa là sự chuyển dạng ác tính.

Giả thuyết về tương quan phân tử của chuỗi u tuyến – ung thư biểu mô này được trình bầy ở trên. Theo sơ đồ này trước hết xẩy ra bất hoạt hóa gen ức chế u APC, sau đó là hoạt hóa gen ras và tiếp là mất một số gen ức chế u chưa xác định được trên nhiễm sắc thể 18q và mất gen p53.

Đặt vấn đề là những đột biến nhiều bước là cần thiết cho sự phát triển ung thư, người ta có thể đặt câu hỏi là liệu thứ tự đặc hiệu của các đột biến có quan trọng không. Trái với sự tin tưởng trước đây, ngày nay người ta cho rằng chuỗi các đột biến tạm thời không quyết định khuynh hướng phát triển u. Vì vậy trong trường hợp ung thư đại tràng, sự bất hoạt hóa gen APC được coi là bước quan trọng trong tạo ung thư và đột biến này có trong những tổn thương tân sản sơm nhất (u tuyến). Hơn nữa, mặc dù chuột với rối loạn gen APC được tạo ra có mục đích phát sinh nhiều u tuyến đại tràng, những chuột có thiếu đồng hợp tử gen p53 phát sinh nhiều u nhưng không phải ung thư biểu mô tuyến đại tràng. Điều này chứng minh rằng những đột biến p53 giữ vai trò quan trọng trong tiến triển (mà không trong khởi phát) ung thư đại tràng.

Các gen như gen APC hình như điều hòa sự đi vào quá trình tạo ung thư nhiều bước mới đây được gọi là “các gen gác cửa”. Các gen này điều hòa trực tiếp sự phát triển u. Theo quan điểm này, mỗi típ tế bào chỉ có một (hay một ít) các gen gác cửa và vì vậy ngay cả khi một gen gác cửa đã biết bị bất hoạt trong mỗi tế bào thân, có sự phân bố mô đặc hiệu của ung thư. Theo giả thuyết này, những đột biến dòng phôi của các gen Tế bào, NF-1, VHL, hoặc APC làm phát sinh u nguyên bào võng mạc, u bao sợi thần kinh, ung thư tế bào thận, ung thư đại tràng. Các gen ảnh hưởng đến tính ổn định của bộ gen được gọi là các gen “trông coi nhà”. Thuộc loại này là các gen sửa chữa ghép đôi không tương xứng và các gen thường được cho là sửa chữa ADN khác, như BRCA-1 và BRCA-2. Sự bất hoạt các gen này không kích thích sự hình thành một u cách trực tiếp. Thay vào đó, mất các gen “trông coi nhà” gây hậu quả là tăng đột biến của tất cả các gen, bao gồm cả cá gen gác cửa. Vì vậy ở những bệnh nhân có đột biến các gen trông coi nhà của dòng phôi (như các gen sửa chữa ghép đôi không tương xứng của ADN), ba hiện tượng của tế bào thân kế tiếp cần thiết cho sự khởi phát một ung thư: Bất hoạt của một alen “trông coi nhà” (bình thường) khác theo sau đó là bất hoạt do đột biến của cả hai phiên bản của gen gác cửa. Vì vậy, những người có được do di truyền một phiên bản sai sót của gen gác cửa cần có một hay nhiều hơn các biến đổi của tế bào thân cho khởi phát ung thư. Do đó, mặc dù bệnh nhân có các đột biến dòng phôi của các gen gác cửa và gen trông coi nhà có nguy cơ phát sinh ung thư cao hơn bình thường, nguy cơ tương đối lớn hơn nhiều ở những người sinh ra có phiên bản sai sót của một gen gác cửa.

Sự khác biệt giữa các gen gác cửa và gen trông coi nhà có một số tầm quan trọng thực hành. Nếu giả thuyết này đúng, các u kết hợp với các gen trông coi nhà có sai sót có thể đáp ứng với điều trị tác động đến loại hư hại ADN bình thường được sửa chữa bởi một gen trông coi nhà. Ví dụ các tế bào ung thư vú phát sinh do hậu quả của một đột biến có được do di truyền của BRCA-2 có thể bị tiêu diệt bởi chiếu tia -g vì BRCA-2 và cặp đôi của nó, Rad 51 tham gia vào việc sửa chữa các hư hại gây nên do chiếu tia X. Trái lại, các tế bào trong ung thư vú đơn phát không có bất hoạt của vr2 hình như kém nhậy cảm hơn với chiếu tia X vì chúng có thể giữ nguyên khả năng sửa chữa hư hại của ADN gây nên do chiếu tia X nhờ vai trò trung gian của BRCA-2. Tuy đây là trường hợp cần được chứng minh, chắc chắn sự thấu hiểu về sinh học phân tử nguyên nhân ung thư có ảnh hưởng tới việc điều trị ung thư trong tương lai.

7.Những thay đổi kiểu nhân trong khối u

Những hư hại di truyền hoạt hóa gen u hay bất hoạt gen ức chế u có thể kín đáo hoặc đủ lớn để được phát hiện trong kiểu nhân (karyotyp). Trong một số u, những bất thường về kiểu nhân là không ngẫu nhiên và phổ biến. Những bất thường đặc hiệu vừa được xác định trong hầu hết các bệnh bạch càu và các u lympho và với số lượng ngày càng tăng của các u không tạo máu. Các típ phổ biến của các bất thường cấu trúc không ngẫu nhiên trong các tế bào u là: (1) chuyển đoạn cân bằng, (2) thiếu hụt và (3) biểu hiện di truyền tế bào của khuếch đại gen. Thêm vào đó cả nhiễm sắc thể có thêm vào hay mất đi.

Nghiên cứu về nhiễm sắc thể của tế bào u là quan trọng về hai khía cạnh: Thứ nhất định dòng phân tử của các gen trong các vùng lân cận điểm gián đoạn hay thiếu hụt nhiễm sắc thể là rất có lợi trong việc xác định các gen u (v.d. bcl-2 và c-abl) và các gen ức chế u (v.d. APC và Rb); thứ hai một số bất thường về kiểu nhân đủ đặc hiệu để có giá trị chẩn đoán và trong một số trường hợp chúng có giá trị tiên đoán lâm sàng.

PGS.TS. Lê Đình Roanh

ThS. Nguyễn Văn Chủ