Gen DUX4
Gen DUX4 nằm gần cuối nhiễm sắc thể số 4 trong vùng D4Z4. Vùng này bao gồm 11 đến hơn 100 đoạn lặp, mỗi đoạn dài khoảng 3.300 cặp base (3,3kb). Toàn bộ vùng D4Z4 thường được siêu methyl hóa, nên nó có một số lượng lớn các nhóm methyl (bao gồm một nguyên tử cacbon và ba nguyên tử hydro) gắn vào ADN. Các nhóm methyl làm tắt (im lặng) gen, do đó các vùng siêu methyl hóa có xu hướng có ít gen được bật (hoạt động) hơn các vùng khác.
Chức năng chính
Mỗi đoạn lặp trong vùng D4Z4 chứa một bản sao gen DUX4, bản sao gần nhất với phần cuối của nhiễm sắc thể 4 được gọi là DUX4, trong khi các bản sao khác được mô tả là "giống DUX4" hoặc DUX4L. Quá trình siêu methyl hóa vùng D4Z4 giữ cho các gen giống DUX4 luôn im lặng nên chúng không tạo ra protein. Gen DUX4 cũng không hoạt hóa trong hầu hết các tế bào và mô trưởng thành, mặc dù nó hoạt động trong giai đoạn phát triển ban đầu và trong tinh hoàn của nam giới trưởng thành. Người ta biết rất ít về chức năng của protein được tạo ra từ gen DUX4, dường như nó giúp kiểm soát hoạt động của các gen khác.
Gen DUX4 (bản sao gần nhất với phần cuối của nhiễm sắc thể 4) nằm bên cạnh vùng điều hòa ADN được gọi là trình tự pLAM, quá trình sản xuất protein DUX4 cần có trình tự pLAM. Một số bản sao của nhiễm sắc thể số 4 có trình tự pLAM hoạt động, trong khi những bản sao khác thì không. Bản sao của nhiễm sắc thể số 4 với trình tự pLAM hoạt động được mô tả là 4qA hoặc "cho phép". Bản sao không có trình tự pLAM hoạt động được mô tả là 4qB hoặc "không cho phép". Không có protein DUX4 nào được tạo ra nếu thiếu trình tự pLAM chức năng. Vì có hai bản sao của nhiễm sắc thể 4 trong mỗi tế bào, mỗi người có thể mang hai bản sao "cho phép" của nhiễm sắc thể 4, hai bản sao "không cho phép" hoặc một trong mỗi bản sao.
Đột biến gây bệnh
Loạn dưỡng cơ facioscapulohumeral
Những thay đổi trong vùng D4Z4 có chứa gen DUX4 của nhiễm sắc thể 4 gây ra chứng loạn dưỡng cơ facioscapulohumeral (facioscapulohumeral muscular dystrophy) đặc trưng bởi tình trạng yếu và gầy còm (teo cơ) nặng dần theo thời gian. Hai loại rối loạn đã được mô tả: loại 1 (FSHD1) và loại 2 (FSHD2). Cả hai loại đều do quá trình giảm methyl hóa (hypomethylation) vùng D4Z4, trong đó ADN có ít nhóm methyl gắn vào hơn bình thường. Trong FSHD1, hiện tượng giảm methyl hóa xảy ra do vùng D4Z4 bị rút ngắn bất thường (bị co lại) nên nó chỉ chứa từ 1 đến 10 đoạn lặp thay vì từ 11 đến 100 như thông thường. Trong FSHD2, hiện tượng giảm methyl hóa thường do đột biến gen SMCHD1, gen này thường tăng methyl hóa vùng D4Z4.
Giảm methyl hóa vùng D4Z4 khiến gen DUX4 không được giữ im lặng trong các tế bào và mô nơi nó thường bị tắt như tế bào cơ trưởng thành. Tuy nhiên, hiện tượng giảm methyl hóa vùng D4Z4 chỉ dẫn đến chứng loạn dưỡng cơ facioscapulohumeral khi nó xảy ra với nhiễm sắc thể "cho phép" 4. Nhiễm sắc thể "cho phép" chứa trình tự pLAM đang hoạt động nên cho phép protein được sản xuất từ gen DUX4 hoạt động bất thường. Người ta tin rằng protein ảnh hưởng đến hoạt động của các gen khác, đặc biệt trong các tế bào cơ. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa rõ sự hiện diện của protein DUX4 làm tổn thương hoặc phá hủy các tế bào này như thế nào để dẫn đến tình trạng teo và yếu cơ tiến triển.
Các tên gọi khác
- double homeobox 4-like
- double homeobox protein 10
- double homeobox protein 4
- double homeobox protein 4/10
References
- Genetic Testing Information. DUX4 double homeobox 4 [ Homo sapiens (human) ]. Retrieved April 13, 2022 from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100288687
- Catalog of Genes and Diseases from OMIM. DOUBLE HOMEOBOX PROTEIN 4; DUX4. Retrieved April 13, 2022 from https://omim.org/entry/606009
- National Library of Medicine. DUX4 gene. Retrieved April 13, 2022 from https://medlineplus.gov/genetics/gene/dux4/