Sinh học phân tử của bệnh lý ung thư | Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 45470709
INH HỌC PHÂN TỬ CỦA BỆNH LÝ UNG THƯ Hoàng Anh Vũ
MỤC TIÊU BÀI GIẢNG
1. Phân tích ược mối tương tác phân tử trong các ường dẫn truyền tín hiệu kiểm soát
sự tăng sinh tế bào bình thường.
2. Xác ịnh và phân tích ược các bất thường thụ thể tyrosine kinase và các protein dẫn
truyền tín hiệu trung gian thúc ẩy sự tăng sinh tế bào.
3. Giải thích ược các ột biến mất chức năng ở gen è nén bướu có thể dẫn ến rối loạn
chết tế bào theo lập trình. 1. ĐẠI CƯƠNG:
Về mặt sinh học, ung thư ược xem như hiện tượng tiến hóa của tế bào. Trong các cơ thể
a bào, sự tăng sinh và chết i của tế bào là hai quá trình ược kiểm soát một cách chặt chẽ, tạo
nên sự cân bằng của các mô trong cơ quan của cơ thể. Bằng cách tích lũy dần các ột biến
gen trong quá trình phân chia, một số tế bào trở nên mất kiểm soát sự tăng sinh và sự chết
theo lập trình, khởi ầu cho quá trình “bất tử” của chính các tế bào ó và là nguồn gốc khởi phát ung thư.
Ngoài ra, còn nhiều ặc tính khác của các tế bào trong khối u ác tính khiến cho ung thư
là một loại bệnh rất khó kiểm soát: Lẩn tránh sự ức chế tăng sinh, lẩn tránh sự phá hủy miễn
dịch, hoạt hóa sự xâm nhập và di căn, tân tạo mạch máu, …
Trong bài này, hai hiện tượng rối loạn của các tế bào quyết ịnh cho quá trình sinh ung
thư sẽ ược trình bày, ó là sự rối loạn tăng sinh và rối loạn chết tế bào theo lập trình.
2. RỐI LOẠN TĂNG SINH TẾ BÀO TRONG BỆNH LÝ UNG THƯ
2.1. Sự tăng sinh bình thường của tế bào
Quá trình sống sót, tăng sinh, biệt hóa và chết i của mỗi tế bào ều do những tín hiệu
tương tác trong một mô nhất ịnh quyết ịnh. Trong phòng thí nghiệm, những tế bào bình
thường nếu ược nuôi trên ĩa cấy mà không có tương tác với các tín hiệu của tế bào khác
thì sẽ nhanh chóng chết i sau một số chu kỳ phân chia.
Phương thức truyền tín hiệu cho sự tăng sinh tế bào quan trọng nhất là thông qua thụ thể
bề mặt tế bào. Trong quá trình này, chất truyền tín hiệu (ligand: phối tử) sẽ gắn lên phần
ngoại bào của thụ thể, làm thay ổi cấu hình của phần nội bào, khiến thụ thể chuyển sang
trạng thái ược hoạt hóa. Bản thân thụ thể ã ược hoạt hóa thường có hoạt tính men, chúng
xúc tác cho một chuổi các phản ứng kích thích các phân tử truyền tín hiệu trung gian nội
bào ể mang ược tín hiệu vào trong nhân tế bào thông qua các yếu tố phiên mã. Trong nhân
tế bào, các yếu tố phiên mã sẽ iều hòa biểu hiện các gen liên quan bằng cách tạo nên các 1 lOMoAR cPSD| 45470709
phân tử RNA, dẫn ến sự tổng hợp các sản phẩm protein ảm nhận trực tiếp chức năng tăng sinh tế bào.
Có rất nhiều nhóm các thụ thể bề mặt tế bào liên quan ến hiện tượng tăng sinh tế bào.
Trong bệnh lý ung thư, sự bất thường hay gặp nhất trong nhóm thụ thể có hoạt tính men
tyrosine kinase (tyrosine kinase receptor). Mỗi thụ thể này thường có cấu trúc gồm 4 vùng
chức năng (domain). Vùng ngoại bào là nơi gắn phối tử ặc hiệu (ví dự yếu tố tăng trưởng
biểu mô EGF, epithelial growth factor sẽ gắn lên vùng ngoại bào của thụ thể EGFR); vùng
xuyên màng; vùng cận màng thường có chức năng giữ cho các thụ thể ở trạng thái không
hoạt ộng khi chưa có phối tử gắn lên; vùng nội bào có hoạt tính men tyrosine kinase khi thụ thể ược hoạt hóa.
Cần lưu ý rằng, trong iều kiện bình thường, các tín hiệu cho sự tăng sinh tế bào khi
truyền vào nhân sẽ ược kiểm soát bởi các yếu tố iều hòa âm, ví dụ như PTEN (phosphatase
and tensin homologue deleted on chromosome 10). Trong nhiều bệnh lý ung thư, PTEN
không hoạt ộng, góp phần thúc ẩy sự tăng sinh quá mức của tế bào.
Ngoài ra, các phương thức khác của truyền tín hiệu cho sự tăng sinh tế bào có thể diễn ra
thông qua kích thích thụ thể nhân tế bào, ví dụ estrogen kích thích sự tăng sinh của các tế
bào biểu mô tuyến vú thông qua thụ thể tương ứng của chúng (ER: estrogen receptor).
2.2. Các dạng bất thường của gen gây rối loạn tăng sinh tế bào trong ung thư
Khuếch ại gen là hiện tượng tăng số lượng bản sao của một gen nhất ịnh. Hậu quả
là sản phẩm phiên mã (RNA thông tin) và số lượng protein tương ứng do gen ó mã hóa cũng
gia tăng theo. Ví dụ, ối với ung thư vú, khoảng 20% trường hợp bệnh nhân có hiện tượng
khuếch ại gen ERBB2 (HER2) trên nhiễm sắc thể số 17 trong tế bào ung thư. Biểu hiện quá
mức của thụ thể HER2 trên bề mặt tế bào ung thư giúp giải thích cho hiện tượng tiếp nhận
thông tin tăng sinh tế bào vượt trội, mất kiểm soát. Người ta có thể ngăn chặn hiệu quả quá
trình này bằng cách sử dụng một loại kháng thể ơn dòng ể khống chế hoạt ộng của các thụ
thể HER2 trong ung thư biểu mô tuyến vú có khuếch ại gen HER2.
Khuếch ại gen còn gặp trong nhiều loại ung thư khác: khuếch ại gen EGFR trên
nhiễm sắc thể số 7 gặp trong ung thư ại – trực tràng hoặc ung thư ầu – cổ; khuếch ại gen C-
MYC trên nhiễm sắc thể số 8 gặp trong lymphôm, ung thư vú,…
Đột biến gen là hiện tượng thay ổi cấu trúc của trình tự DNA của một gen nhất ịnh.
Đột biến gen sẽ tạo ra các protein bất thường do gen ó mã hóa. Trong trường hợp các tiền
gen sinh ung (proto-oncogene) bị ột biến tăng chức năng, các protein ột biến sẽ kích thích
tế bào tăng sinh quá mức. Trong ung thư phổi không tế bào nhỏ ở bệnh nhân Châu Á, khoảng
phân nửa số bệnh nhân có mang ột biến vùng nội bào của gen EGFR trong tế bào ung thư.
Đột biến làm cho thụ thể EGFR tự duy trì trạng thái hoạt hóa không phụ thuộc phối tử, kích
thích tế bào tăng sinh liên tục. Để ngăn chặn hiệu quả quá trình hoạt hóa bất thường này của
thụ thể, người ta sử dụng những phân tử nhỏ ức chế tyrosine kinase (TKI: tyrosine kinase
inhibitor) i qua ược màng tế bào, ến úng vị trí ột biến của thụ thể ể ức chế nó. 2 lOMoAR cPSD| 45470709
Gen KRAS trên nhiễm sắc thể số 12 cũng là một tiền gen sinh ung. Đột biến tăng
chức năng của gen này gặp trong hầu hết các dạng ung thư của người, với tỷ lệ khác nhau
tùy loại ung thư. Protein KRAS là phân tử truyền tín hiệu trung gian nội bào, bình thường
ược hoạt hóa sau khi nhận tín hiệu của các thụ thể bề mặt tế bào. Khi KRAS bị ột biến tăng
chức năng, bản thân protein này tự hoạt hóa, không còn phụ thuộc vào các thụ thể bề mặt
tế bào. Điều này giúp giải thích hiện tượng kháng lại các liệu pháp iều trị hướng ến bất hoạt
thụ thể bề mặt tế bào nếu trong tế bào ung thư ã có gen KRAS bị ột biến. Trong các bệnh
ung thư, ột biến gen KRAS thường gặp nhất tại hai bộ ba mã hóa 12 và 13 (codon 12 và 13).
Tạo gen tổ hợp là hiện tượng hai gen ược “lắp ghép” vào liền nhau ể hình thành một
gen mới. Trong các tế bào bình thường hai gen này ịnh vị ở các vị trí ộc lập trên cùng một
nhiễm sắc thể hoặc hai nhiễm sắc thể khác nhau; chúng mã hóa cho hai protein có chức
năng nhất ịnh trong tế bào. Khi tạo gen tổ hợp, hai gen này mã hóa nên cùng một protein
mới, có thể mang chức năng hoàn toàn khác với hai protein thành phần, hoặc mức ộ hoạt
ộng tăng lên so với protein ơn lẻ. Có nhiều cơ chế ể hình thành gen tổ hợp như chuyển vị,
ảo oạn hay mất oạn nhiễm sắc thể.
Trong bệnh bạch cầu mạn tính dòng tủy, chuyển vị giữa hai nhiễm sắc thể số 9 và 22
hình thành nên gen tổ hợp BCR-ABL. Trong tế bào bình thường của tủy xương, gen ABL
trên nhiễm sắc thể số 9 có hoạt ộng phiên mã hạn chế, tạo protein ABL có hoạt tính tyrosine
kinase nội bào yếu. Ở tế bào có mang gen tổ hợp BCR-ABL, gen BCR óng vai trò như vùng
khởi ộng, giúp cho hoạt ộng phiên mã của gen ABL rất mạnh mẽ. Protein BCRABL ược tạo
ra có hoạt ộng mạnh trên các phân tử truyền tín hiệu trung gian nội bào, kích thích tế bào
tăng sinh quá mức. Trên lâm sàng, hoạt tính này của BCR-ABL có thể ược ngăn chặn hiệu
quả bằng các thuốc phân tử nhỏ ức chế tyrosine kinase.
Trong ung thư phổi, một tỷ lệ nhỏ bệnh nhân có gen tổ hợp EML4-ALK trong tế bào
ung thư. Trong tế bào bình thường, hai gen EML4 và ALK cùng nằm trên nhánh ngắn của
nhiễm sắc thể số 2 nhưng có hoạt ộng phiên mã ngược chiều nhau. Sự ảo oạn của nhiễm sắc
thể số 2 ã “lắp ghép” hai gen này lại với nhau, khi ó gen EML4 trở thành vùng khởi ộng,
giúp tăng cường hoạt ộng phiên mã của gen ALK. Hoạt tính của protein ALK là nguyên
nhân làm tế bào ung thư tăng sinh quá mức.
Gen tổ hợp gặp trong nhiều loại ung thư khác nhau, có thể dùng làm dấu ấn giúp cho
chẩn oán xác ịnh bệnh, ồng thời cũng là các ích nhắm iều trị thực tế và tiềm năng. Có thể
kể thêm các gen tổ hợp PML-RARA trong bệnh bạch cầu cấp tính dòng tủy, TMPRSS2ERG
trong ung thư tuyến tiền liệt, CCDC6-RET trong ung thư tuyến giáp, EWSR1-FLI1 trong sarcôm Ewing,…
3. RỐI LOẠN CHẾT TẾ BÀO THEO LẬP TRÌNH TRONG BỆNH LÝ UNG THƯ
3.1. Chết tế bào theo lập trình
Sự chết tế bào là hiện tượng tự nhiên xảy ra ở sinh vật a bào. Chết tế bào theo kiểu
hoại tử xảy ra một cách ột ngột khi tế bào chịu tác ộng của các tình trạng chấn thương, 3 lOMoAR cPSD| 45470709
nhiễm ộc tố hoặc nhiễm trùng. Hiện tượng hoại tử làm cho tế bào phồng to và vỡ tung, kèm
theo phóng thích các chất gây viêm trong mô có tế bào hoại tử.
Trái lại, chết tế bào theo lập trình (apoptosis) là hiện tượng ược iều khiển chặt chẽ
bởi các quá trình thu-nhận và xử lý tín hiệu trong tế bào. Các ặc tính của chết tế bào theo
lập trình bao gồm tế bào co nhỏ, khung tế bào sụp ổ, nhiễm sắc chất cô ặc, DNA nhân bị
phân mảnh và không gây tổn hại mô xung quanh. Trong quá trình phát triển phôi – thai,
chết tế bào theo lập trình giúp hình thành các cơ quan hoàn chỉnh như tạo ra các khe ngón
ở bàn tay và bàn chân (bắt ầu từ ngày 45 của phôi), hoặc loại bỏ các neuron không cần thiết
trong quá trình phát triển của hệ thần kinh. Ở cơ thể trưởng thành, sự chết tế bào theo lập
trình óng vai trò quan trọng ể duy trì sự cân bằng với tăng sinh tế bào trong các mô. Tế bào
không chết theo lập trình là một ặc tính quan trọng trong quá trình khởi phát các bệnh ung thư.
Về cơ chế phân tử, chết tế bào theo lập trình có thể xảy ra theo con ường ngoại sinh
hoặc con ường nội sinh. Trong con ường ngoại sinh, các phân tử tín hiệu gây chết tế bào
(như TNFα, FasL, TRAIL) sẽ kích hoạt các thụ thể tương ứng của chúng. Các thụ thể ã ược
hoạt hoá sẽ phân cắt các procaspase 8 hoặc 10 ể hình thành các phân tử hoạt ộng caspase 8
và 10. Các caspase ã ược hoạt hóa sẽ tiếp tục hoạt hóa procaspase phía sau của dòng thác
caspase trong quá trình chết tế bào theo lập trình. Cuối cùng, các caspase 3, 6 và 7 tham gia
trực tiếp vào giai oạn giết chết tế bào. Đột biến của gen mã hóa caspase 3 và caspase 8 ã
ược ghi nhận trong một số loại ung thư, như ung thư dạ dày, ung thư phổi và ung thư ại
tràng. Hiện tượng biểu hiện quá mức procaspase 3 (không có hoạt tính giết chết tế bào),
nhưng không chuyển qua ược trạng thái caspase 3 hoạt ộng, gặp trong hầu hết các loại ung thư.
Trong con ường nội sinh của chết tế bào theo lập trình, các tín hiệu gây chết tế bào
sẽ hoạt hóa các protein thúc ẩy chết tế bào (như BAX, BAK,…), làm tăng tính thấm của
màng ti thể, tạo iều kiện cho sự phóng thích cytochrome c từ trong ti thể vào bào tương.
Chính cytochrome c sẽ hoạt hóa caspase 9, sau ó là caspase 3, 6 và 7 ể giết chết tế bào.
3.2. Rối loạn gen è nén bướu trong ung thư
Trong mỗi tế bào, protein P53 ược coi là “thần hộ mệnh của bộ gen”. Hoạt ộng của
P53 giúp cho các chu kỳ tế bào ược diễn ra mà không tích lũy thêm nhiều tổn thương DNA
có hại cho tế bào con. Nếu trong tế bào xuất hiện các tổn thương DNA trong quá trình sao
chép, P53 sẽ tham gia iều khiển chu kỳ tế bào: các tế bào có tổn thương DNA ở mức có thể
chỉnh sửa sẽ ược kéo dài giai oạn G1 trước khi tiếp tục giai oạn S; ối với tế bào có tổn
thương DNA không còn chỉnh sửa ược thì phải i vào quá trình chết theo lập trình. Protein
P53 tham gia thúc ẩy cả con ường ngoại sinh và nội sinh của chết tế bào theo lập trình. Khi
P53 không thực hiện ược chức năng bình thường của nó (do bị ột biến gen hay do mất oạn
nhiễm sắc thể số 17 có chứa gen này), những tế bào có mang nhiều DNA tổn thương vẫn
tiếp tục ược phân chia và không tuân theo sự chết theo lập trình, góp phần hình thành khối
bướu. Vì thế, P53 ược xếp vào nhóm gen è nén bướu. 4 lOMoAR cPSD| 45470709
Trong iều kiện bình thường, P53 trong bào tương có thời gian bán huỷ rất ngắn do
ược gắn với MDM2 ể phân huỷ theo con ường ubiquitin-proteasome. Khi tế bào cần ến hoạt
ộng của nó thì P53 sẽ ược giải phóng khỏi MDM2 ể tham gia iều hoà chu kỳ tế bào (thông
qua phức hợp P21/CIP1) hoặc thúc ẩy chết tế bào (thông qua BAX). Trong bệnh ung thư,
gen P53 là một trong những gen thường bị ột biến nhất, có thể chiếm tới gần phân nửa số
bệnh nhân như trong ung thư buồng trứng, ung thư ại – trực tràng, ung thư ầu - cổ. Các ột
biến mất chức năng của gen P53 chủ yếu xảy ra trên 4 exon, từ exon 5 ến 8. Mặc dù không
thực hiện chức năng, các protein P53 ột biến có thời gian bán huỷ trong tế bào kéo dài hơn
áng kể so với P53 không ột biến. Có bằng chứng cho thấy các protein P53 ột biến ã ngăn
chặn hoạt ộng bình thường của P53 không ột biến. Các chiến lược iều trị dựa trên nguyên
tắc phục hồi hoạt ộng của P53 ột biến trở lại trạng thái bình thường, hoặc ức chế hoạt ộng
của MDM2 ang ược nghiên cứu cho bệnh nhân ung thư.
Cần lưu ý rằng, khởi phát ung thư là một quá trình kéo dài do tích luỹ nhiều ột biến
gen trong tế bào. Nếu chỉ có ột biến tiền gen sinh ung (ví dụ gen KRAS) hay chỉ ột biến gen
è nén bướu (ví dụ gen P53) thì chưa ủ cho ung thư xuất hiện. Trong thực tế, khảo sát gen
của tế bào ung thư thường phát hiện cùng lúc nhiều gen bị ột biến, gợi ý rằng việc iều trị
ung thư bằng cách nhắm các ích phân tử vẫn còn rất phức tạp.
TÀI LIỆU ĐỌC THÊM
1. John Mendelsohn, 2015. The Molecular Basis of Cancer. 4th ed. Philadelphia:
Saunders, an imprint of Elsevier Inc, Ch. 2 & 3
2. Tom Strachan, 2011. Human Molecular Genetics. 4th ed. New York: Garland Science, Ch.17 5