Các gen kiềm chế khối u (tumor suppressor gene -TSG) được chia thành 2 nhóm: Gatekeeper (người gác cổng) và Carekeeper (người trông nom nhà cửa). Những gen này giữ vai trò quan trọng đối với điều tiết hoạt động sống. Một số TSG như APC, Rb, p16, p21, E2F1, PTEN, Fhit, p73 và đặc biệt là p53 khi đưa vào các tế bào ung thư đã cảm ứng sự chết theo chương trình của tế bào (apoptosis) hay làm dừng chu kỳ tế bào. Hiện nay p53 đang được sử dụng như một công cụ đắc lực trong gen trị liệu các bệnh ung thư.
Những khía cạnh liên quan tới gen p53 - công cụ
đắc lực trong gen trị liệu các bệnh ung thư
Chương II
THAY THẾ CÁC GEN KIỀM CHẾ KHỐI U TRONG UNG THƯ 1. MỞ ĐẦU Trước khi cơ sở di truyền của ung thư được chấp thuận và trên một nửa thế kỷ trước khi thuật ngữ “gen kiềm chế khối u” (tumor suppressor gene - TSG) được đặt tên, nhà sinh học Đức Theodor Boveri đã cho rằng “ khi kiềm chế các nhiễm sắc thể xác định sẽ làm ức chế sự phân chia tế bào”. Theo bản dịch, xuất bản năm 1929 thì ngay từ năm 1914 Boveri đã mạnh dạn viết “ các tế bào khối u với sự tăng trưởng không giới hạn sẽ xuất hiện nếu loại đi các nhiễm sắc thể bị ức chế”. Sau đó hơn một nửa thế kỷ, với việc phân tích phân tử các khối u ở người đã vạch rõ rằng: mỗi trường hợp ung thư đều có ít nhất là một biến đổi di truyền phức hợp trong một nhiễm sắc thể bị ức chế, ngày nay được hiểu chính là gen kìm hãm khối u (TSG). Trong những năm 1980, sinh học phân tử và di truyền học ung thư đã chuyển các NST bị ức chế theo thuyết của Boveri thành các công cụ sắc bén cho việc nghiên cứu sinh bệnh học phân tử (molecular pathogenesis) ung thư và tới những năm 1900 thì chúng được đẩy từ phòng thí nghiệm tới tận giường bệnh. Từ giữa 1994 đến cuối 2002 đã có trên 25 thử nghiệm (trial) lâm sàng về trị liệu thay thế TSG đã được thực hiện, những kết quả thu được đã vach ra một tương lai đầy hứa hẹn của TSG trong việc quản lý ung thư. Vì những kiến thức thu được về TSG người ngày càng nhiều nên trong chương này chúng tôi chỉ xin tóm lược về sinh học TSG và đưa ra một số định hướng chi tiết. Hơn nữa, các dẫn liệu thu được từ các nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng ngày càng chồng chất, vì thế trong khi thảo luận về các chiến lược gen trị liệu với việc thay thế TSG chúng tôi chỉ giới hạn ở một trong số các TSG đã bị biến đổi phổ biến nhất, đó là p53. 2. CÁC GEN KIỀM CHẾ KHỐI U Sự tiến bộ nhanh chóng trong những lĩnh vực sinh học và di truyền học phân tử đã tạo ra các công cụ cho phép chúng ta can thiệp sâu vào những “công việc” bên trong các tế bào bình thường cũng như các tế bào ác tính, hay các mạng lưới phức tạp của các con đường hóa sinh. Quá trình thực nghiệm gỡ rối mạng lưới đó có liên quan tới việc chắp lại các đơn vị thông tin thu lượm được từ các dòng tham vấn khác nhau, một quá trình mà đôi khi dường như không nhận được các câu trả lời khẳng định về sinh hóa học ung thư. Watson đã tóm tắt vấn đề này trong chương “kiểm soát sự tăng sinh của tế bào” (xuất bản năm 1977) với cả sự lạc quan xen lẫn hoài nghi: “Về vấn đề một số khác biệt có thể được sao chép lại đã nói với chúng ta rằng, các nghiên cứu về ung thư ở mức phân tử không còn là một khoa học viển vông theo kiểu đông- Tuy vậy, chỉ vài năm sau đó các kỹ thuật đã được cải tiến cho việc thao tác các phân tử sinh học đã làm lóe sáng trên những chiếc hộp đen đó, dần dần người ta đã khám phá ra các thông tin chi tiết hóa sinh về mạng lưới các con đường chế ngự các quá trình tế bào và phát hiện ra rằng nhiều gen có liên quan tới việc điều hòa quá trình tăng trưởng của các tế bào bình thường (sự phân chia, sự biệt hóa và sự chết của tế bào) đã bị biến đổi ở các tế bào khối u. Với việc so sánh giữa các tế bào bình thường và các tế bào ác tính ở mức độ gen đã nhanh chóng chỉ ra sự liên can của các các gen ung thư trội trong việc suy diễn nguyên căn ung thư, nhưng thông tin về các thành viên của họ TSG thì vẫn còn rất khó hiểu. Mặc dầu đã có bằng chứng sinh học về sự tồn tại của gen kiềm chế khối u từ những công trình trong những năm 1970 và 1980, nhưng các công trình về hóa sinh, sinh học của TSG ở mức phân tử thì vẫn đòi hỏi phải có các chiến lược tiên tiến hơn nữa khi nghiên cứu sinh học gen ung thư và phải làm sáng tỏ vai trò của TSG trong các quá trình ở tế bào bình thường cũng như các tế bào ung thư. Trong những năm 1990, người ta đã phát hiện ra sự mất chức năng của một vài TSG ở khá nhiều dạng ung thư khác nhau, phúc đáp lại các câu hỏi về sinh bệnh học phân tử của ung thư và con đường dẫn tới các mẫu di truyền hiện tại: ung thư là kết quả của sự tích lũy đa tổn thương di truyền trong suốt thời gian sống của một cá thể. Khi mất chức năng ở TSG thì sẽ dẫn tới ung thư. Trong các ung thư có tính chất gia đình thì một allele biến đổi được di truyền lại như một đột biến mầm, còn allele kia là kết quả của sự biến đổi thu được sau này. Còn với ung thư “rời rạc” đó là kết quả của sự đột biến soma ở cả 2 allele của gen nguy cấp trong thời gian sống của cá thể. Mặc dầu cơ sở di truyền của sinh khối u đã được thừa nhận, nhưng việc trị liệu thay thế gen lại không được cân nhắc trước tiên như một chiến lược điều trị ung thư, bởi vì ngay cả sau các tổn thương ở một số TSG như p53 thường thấy ở nhiều dạng khối u thì việc hiệu chỉnh một trong số các đa tổn thương dường như không thể làm cho khối u thoái lui. Các nghiên cứu về sự thay thế TSG trong các dòng tế bào và trên các động vật thí nghiệm những năm cuối 1980 và đầu 1990 tuy đã cho thấy những sai sót đáng ngờ, nhưng 3 khảo sát lâm sàng về thay thế gen p53 trong ung thư kết tràng và ung thư phổi vẫn được khởi đầu vào năm 1994. Đến cuối 2002, 25 quy trình thay thế TSG đã được phê chuẩn bao gồm 7 khảo sát phase II và 2 khảo sát phase II-III phức. Những kết quả của các khảo sát lâm sàng đã nhanh chóng đưa ra “bằng chứng của các nguyên lý” bằng việc chứng minh có sự chuyển giao TSG tới các tế bào khối u, sự biểu hiện gen trong các tế bào đích, hiệu ứng gây độc tối thiểu và những bằng chứng chót về sự thoái lui hay sự ổn định của các khối u đã được xử lý. Những khảo sát sau này đã chứng minh rằng việc thay thế TSG cũng hoàn lại cho các khối u sự nhạy cảm hơn đối với các hiệu ứng trị liệu DNA (đã bị hủy hoại), mở rộng ứng dụng việc thay thế TSG với các quy trình có sự kết hợp giữa trị liệu thay thế TSG với hóa trị liệu và xạ trị. Nhờ những kết quả đầy hứa hẹn này trong lâm sàng mà đã đẩy nhanh tiến độ của các công trình thực nghiệm và kết quả của các nghiên cứu ở phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện để đưa ra giả định mới là sự hủy hoại TSG xảy ra tương đối sớm trong diễn tiến của các tổn thương di truyền sẽ dẫn tới ung thư. Sự hủy hoại của TSG ứng viên phát hiện được ở biểu mô phổi bình thường và trong các tổn thương tiền u đã chứng minh rằng các TSG ngoài việc đem lại lợi ích trị liệu đối với các bệnh nhân ung thư nó còn có giá trị trong việc phòng ngừa và phát hiện sớm ung thư. 3. TÍNH CHẤT SINH HỌC VÀ HÓA SINH CỦA TSG 3.1 Người gác cổng (gatekeeper) và người trông nom nhà cửa (carekeeper) Theo như bảng thống kê thì rõ ràng là chức năng chủ yếu của TSG là “người gác cổng” (gatekeeper) cho tế bào còn một số khác lại giống như “người trong nom nhà của” (caretaker) hơn (xem Bảng 1). Một số TSG như p53 lại biểu hiện cả chức năng người gác cổng cũng như là người trong nom nhà cửa. Nói chung, các TSG gác cổng sẽ điều hòa trực tiếp các chức năng tế bào liên quan tới sự tăng trưởng, sự biệt hóa và sự chết của tế bào; các gen trông nom nhà cửa thì kiểm soát các quá trình tế bào liên quan tới việc sửa chữa các gen hư hỏng và duy trì sự toàn vẹn của hệ gen. Các đột biến ở gen gác cổng sẽ trưc tiếp dẫn đến ung thư, cho phép sự tăng sinh không kiểm soát và làm gián đoạn cảm ứng apoptosis; sự bất hoạt của các gen trông nom nhà cửa sẽ dẫn tới sự mất ổn định di truyền, kết quả là gây đột biến ở các gen khác kể cả các TSG gác cổng. Các ví dụ về gen gác cổng là p53, p73, PTEN, Fhit (Fragile histidine triad – bộ ba histtidine dễ gẫy), Rb ( retinoblastoma) (u nguyên võng mạc), Von Lindau (bệnh u mạch võng mạc di truyền có đặc điểm kết hợp với u mạch tiểu não bẩm sinh; cũng có thể có các tổn thương tương tự ở tủy sống và các u nang ở tụy, thận và các nội tạng khác. Triệu chứng thần kinh bao gồm: co giật, chậm phát triển trí tuệ), APC (adenomatous polyposis) và NF1 (neurofibromatous type 1) (u xơ thần kinh type 1). Các gen trông nom nhà cửa bao gồm ATM (ataxia telangiectasia mutated) (đột biến mất điều hòa giãn mao mạch), BRCA1, BRCA2, ATR (ATM and Rad3 related) và các gen sửa chữa những bất hợp lý. Bảng tóm tắt chức năng của một số TSG hay biến đổi nhất trong ung thư và các bệnh liên quan với chúng được trình bày ở Bảng 1. Những TSG có thể cảm ứng được apoptosis hoặc kiềm chế sự tăng trưởng khối u thường nhất là các gen gác cổng, đó là những đích hấp dẫn nhất đối với việc phát triển các chiến lược thay thế gen. Một số TSG rõ ràng gây cảm ứng apoptosis hay làm dừng chu kỳ tế bào khi được đưa vào các tế bào khối u như APC, RB, p16, p21, E2F1, PTEN, Fhit, p73 và TSG được lưu ý nhất hiện nay là p53. 3.2 Các TSG, những con đường làm ngưng sự tăng trưởng và sự chết theo chương trình của tế bào Vô số chức năng quan trọng của các TSG trong tế bào bình thường không được đề cập một cách chi tiết trong chương này. Tuy nhiên, có thể tóm tắt cô đọng vai trò của p53 trong các con đường (pathway) tế bào sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về những lý do phía sau việc trị liệu thay thế gen p53 và sự thay thế hợp lý của các TSG khác. Sự biểu hiện của một số sản phẩm gen bao gồm các yếu tố sinh trưởng, các gen gây ung thư, các cyclin và kinase phụ thuộc cyclin (cyclin-dependent kinase – CDK) hướng tế bào tới tăng sinh. Sự biểu hiện của các TSG và các chất ức chế khác của CDK sẽ cảm ứng chu kỳ TB ngừng lại khi thích hợp, duy trì số lượng TB ở mức thích hợp đối với một mô cá biệt. Sự tăng sinh TB của động vật có vú hầu hết được điều hòa bởi 2 con đường liên hệ với nhau, đó là con đường Rb và con đường p53, cả 2 con đường này đều được điều hòa ở mức độ protein bởi các gen ung thư (oncogene) và cả các TSG khác. Nhìn chung, protein Rb (sản phẩm TSG của u nguyên bào võng mạc) điều hòa sự duy trì, sự giải phóng pha G1 còn protein p53 điều hành stress của TB và sự hủy hoại DNA hoặc gây ảnh hưởng tới sự ngừng tăng trưởng và sửa chữa hoặc là cảm ứng apoptosis. Khi hủy hoại một hoặc nhiều gen trong các con đường này có thể hướng TB tới việc sử dụng một con đường khác cho sự điều hòa tăng sinh, nếu không duy trì được con đường này nữa thì bắt đầu tăng sinh ngoài tầm kiểm soát. Khi một TB bị stress do sự khởi động gen ung thư , sự suy giảm oxy mô hay sự hủy hoại DNA thì đó là nhiệm vụ của “người bảo vệ hệ gen” (guardian of the genome) p53, xác định xem TB sẽ nhận một tín hiệu để tạm nghỉ ở giai đoạn G1 của chu kỳ TB hay sẽ nhận tín hiệu sửa chữa hoặc là sẽ tự phá hoại mình thông qua apoptosis. Apoptosis giữ vai trò chính trong rất nhiều cơ chế của TB bình thường từ khi sinh phôi tới việc hủy hoại DNA gây bởi các đột biến ngẫu nhiên, bức xạ ion hóa và các chất hóa học gây hủy hoại DNA và cũng liên quan tới một cơ chế chủ chốt trong sự chết theo chương trình của TB khi trị liệu ung thư (gây hủy hoại DNA) như hóa trị và xạ trị. Sự cân bằng được duy trì một cách chính xác giữa 2 dạng tín hiệu nhận được bởi một TB ở một thời điểm bất kỳ - tiền apoptosis (proapoptosis) và tiền sống sót (Prosurvival –antiapoptotic) sẽ xác định apoptosis có bị cảm ứng hay không. Mặc dầu những tín hiệu này xác định hoạt tính của protein p53, nhưng sự biểu hiện của nhiều gen sẽ nảy ra các tín hiệu nguy cấp mà các tín hiệu này lại được điều hòa bởi trạng thái hoạt hóa của p53, tạo nên “vòng feedback phức tạp”. P53 thực hiện nhiệm vụ”giữ nhà” (house keeping) bằng cách nhắm vào các gen tiền sống sót (prosurvival) hoặc kháng apoptosis (antiapoptotic) Bảng 1: Các TSG Gây gián đoạn thường gặp trong ung thư: Chức năng bình thường và các bệnh liên quan tới việc mất chức năng90 Gen Chức năng Các bệnh liên quan tới việc mất chức năng Rb (retinoblastoma) Ức chế phiên mã các gen cần cho sự U nguyên bào võng mạc, tái bản DNA và sự phân chia TB, quan sarcoma xương, UT tuyến TL, quan trọng trong cảm ứng apoptosis UT vú p53 Yếu tố phiên mã nhắm vào p21, bax, PIG18, Di truyền mầm: Hội chứng mdm2, GADD45, DR5; kiềm chế biểu hiện Li- Fraument (ung thư vú, UT bc102 và PCNA ; kiểm soát trạm kiểm soát phổi, các khối u mô mềm, u G1 và G2; cảm ứng apoptosis qua sự hoạt não, bệnh bạch cầu., sarcoma hóa phiên mã các gen tiền apoptosis. xương , bệnh BC. Đột biến soma: Các loại UT P16/INK4a Gen gác cổng, duy trì chức năng bình thường Các bệnh di truyền dòng mầm: bằng cách ức chế CDK4 và CDK6, thúc đẩy U hắc tố t/c gia đình. chuyển tiếp G1/S, ổn định và hoạt hóa p53 Đột biến soma: UT tụy, não PTEN (cũng được hiểu Gen gác cổng, duy trì mức thấp PIP-3 bằng Di truyền dong mầm: đa u như là MM AC1 và TEP1) cách tác động như lipid phosphatasae lành tính, tăng nhạy cảm UT vú, tuyến giáp và UT não Đột biến so ma: U nguyên bào đệm, UT nội mạc tử cung, UT tuyến tiền liệt, u hắc tố BRCA1 Gen lâm thời; biểu hiện tăng trong pha của chu kỳ tế bào; tương tác với nhiều protein liên quan tới việc sửa chữa sự hủy hoại DNA BRCA2 Gen lâm thời ; sửa chữa hủy hoại DNA Ung thư vú và ung thư vú của nam giới APC Đa chức năng tế bào; chuyển nạp tín hiệu, Ung thư kết tràng rải rác và di kết dính gian bào, ổn định tế bào xương, có truyền được thể điều hòa apoptosis và chu kỳ tế bào Neurofibromatosis type 1 Kiềm chế sinh trưởng tế bào bằng cách Đột biến di truyền dòng mầm: U (u xơ thần kinh type 1) kiểm soát con đường tín hiệu wnt; con bao thần kinh ngoại vi lành tính; hướng tới đường tín hiệu ras. các khối u nguyên phát gồm: Phổi, dạ dày, vú, kết tràng, cổ tử cung, đầu và cổ; 80% u phổi TB nhỏ; 40% u phổi không biệt hóa TB nhỏ FHIT Chưa rõ kể cả các proto-oncogene như bcl-2, bcl-X2, bcl-w và CED9 , cũng như các gen proapoptosis nhưbax, bad, và bid. Bản sao của mối gen này có thể tương tác với nhau tạo nên các heterodimer và tỷ lệ tương đối giữa proapoptosis với các protein prosurvival trong các heterodimer sẽ xác định TB đang sống hay sẽ hướng tới apoptosis. Con đường p53 được điều hòa ở mức protein bởi các TSG khác và bởi một số oncogene. Chẳng hạn như mdm2 (sản phẩm của proto-oncogene mdm2) gắn bình thường với N-terminal transactivating domain của p53, tiền ức chế hoạt hóa p53 và dẫn tới sự phân rã nhanh của nó. Trong sự kiện stress gên độc tính kết quả là làm hủy hoại DNA do sự phosphoryl hóa Serine trên p53, làm yếu liên kết với mdm2 và làm mất ổn định tương tác p53/mdm2. Kết quả là làm tăng hoạt tính liên kết DNA trong p53 dẫn đến chuỗi tín hiệu điều chỉnh xuống gây nên việc đóng hoặc mở các gen khác. Ở các TB bình thường, mdm2 bị ức chế bởi proto-oncogene làm cảm ứng biểu hiện pl19ARF - một TSG được mã hóa bởi cùng một locus gen như p16INK4a, nhưng lại đọc ở khung đọc luân phiên (alternative reading frame). Vì p53 hoạt hóa có bán phần sống rất ngắn (khoảng 20 phút) nên việc gắn của mdm2 phải đảm bảo kiểm soát chặt chẽ rằng p53 hoạt hóa phải ở mức rất thấp trong TB bình thường, vì thế phải duy trì cân bằng đòi hỏi giữa tăng sinh và ngừng chu kỳ TB hoặc apoptosis. Cả Rb và p53 đều bị biến đổi trong ung thư, vì thế một số TSG khác và proto-oncogene đều có liên quan tới các con đường này. Ví dụ như, khi loại bỏ TSG pl19ARF sẽ dẫn đến tăng mức mdm2 và tiếp theo là bất hoạt p53 dẫn đến sự tiến triển không thích hợp xuyên qua chu kỳ tế bào. 4. THAY THẾ TSG TRONG UNG THƯ Thành công của các chiến lược thay thế gen đối với ung thư trước hết phải kể đến là việc chuyển thành công các gen trị liệu vào trong các mô đích dự định rồi sau đó bi
Phát hiện mới về các tế bào tuyến tiền liệt (04/04/2016)
Nhìn nhận cơ chế bệnh học ở mức phân tử tế bào (29/03/2016)
Sự chết theo chương trình của Tế bào -Apoptosis (29/03/2016)
Video
Tủ sách
Liên kết website
