Gen GCH1
Gen GCH1 nằm trên nhiễm sắc thể số 14, cung cấp hướng dẫn tạo ra enzyme GTP cyclohydrolase 1. Enzyme này tham gia vào bước đầu tiên trong quá trình ba bước sản xuất phân tử tetrahydrobiopterin (BH4), các enzyme khác đảm nhiệm bước thứ hai và thứ ba.
Chức năng chính
Tetrahydrobiopterin đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý một số axit amin của cơ thể. Ví dụ, nó hợp tác với enzyme phenylalanin hydroxylase để chuyển đổi axit amin phenylalanin thành tyrosine. Tetrahydrobiopterin cũng tham gia vào các phản ứng tạo ra chất dẫn truyền thần kinh—chất truyền tín hiệu giữa các tế bào thần kinh trong não. Cụ thể hơn, tetrahydrobiopterin tham gia quá trình sản xuất hai chất dẫn truyền thần kinh gồm dopamine và serotonin. Trong số nhiều chức năng của chúng, dopamine truyền tín hiệu trong não để tạo ra các cử động cơ thể nhịp nhàng, trong khi serotonin điều chỉnh tâm trạng, cảm xúc, giấc ngủ và cơn thèm ăn. Bởi vì hoạt động cùng các enzyme khác thực hiện phản ứng hóa học, tetrahydrobiopterin được xem như một đồng yếu tố (cofactor).
Đột biến gây bệnh
Rối loạn trương lực cơ đáp ứng dopa
Hơn 140 đột biến gen GCH1 gây ra chứng loạn trương lực cơ đáp ứng dopa (dopa-responsive dystonia). Bệnh có biểu hiện đặc trưng gồm một dạng co thắt cơ không tự chủ (loạn trương lực cơ), run, cử động mất kiểm soát khác và thường đáp ứng với điều trị bằng thuốc L-Dopa. Chứng loạn trương lực cơ đáp ứng dopa xảy ra khi một bản sao của gen GCH1 bị đột biến trong mỗi tế bào. Đa số đột biến gen GCH1 thay đổi các axit amin đơn trong enzyme GTP cyclohydrolase 1. Người ta tin rằng enzyme bất thường có thể can thiệp vào hoạt động của phiên bản GTP cyclohydrolase 1 bình thường được tạo ra từ bản sao của gen không đột biến. Do đó, lượng enzyme hoạt động bị sụt giảm trên 80% khiến dopamine và serotonin được sản xuất ít hơn, dẫn đến các vấn đề vận động và các biểu hiện đặc điểm khác của chứng loạn trương lực cơ đáp ứng dopa.
Thiếu tetrahydrobiopterin
Ít nhất bảy đột biến gen GCH1 gây thiếu tetrahydrobiopterin, tình trạng này được gọi là thiếu GTP cyclohydrolase 1 (GTPCH1). Thiếu GTPCH1 chiếm khoảng 4% tổng số các trường hợp thiếu tetrahydrobiopterin.
Tình trạng thiếu GTPCH1 xảy ra khi hai bản sao của gen GCH1 bị đột biến trong mỗi tế bào. Đa số đột biến thay đổi các axit amin đơn lẻ trong GTP cyclohydrolase 1, chúng làm giảm hoặc loại bỏ đáng kể hoạt động của enzyme. Nếu thiếu GTP cyclohydrolase 1, tetrahydrobiopterin không được sản xuất ít hoặc có ít, do đó không đủ số lượng tetrahydrobiopterin cần thiết cho các phản ứng hóa học như chuyển hóa phenylalanin thành tyrosine. Nếu không được chuyển hóa thành tyrosine, phenylalanin có thể tích tụ đến mức độc hại trong máu và các mô khác. Tế bào thần kinh trong não đặc biệt nhạy cảm với mức phenylalanine, do đó chất này hiện diện quá nhiều có thể gây tổn thương não.
Ngoài ra, GTP cyclohydrolase 1 giảm hoạt động làm gián đoạn quá trình sản xuất một số chất dẫn truyền thần kinh trong não. Bởi vì não cần chất dẫn truyền thần kinh để hoạt động bình thường, nồng độ các chất hóa học này thay đổi góp phần gây ra thiểu năng trí tuệ trên những người bị thiếu GTPCH1.
Thiếu tetrahydrobiopterin nghiêm trọng hơn chứng loạn trương lực cơ đáp ứng dopa vì cả hai bản sao của gen GCH1 đều bị đột biến, dẫn đến thiếu enzyme nghiêm trọng hơn so với chứng loạn trương lực cơ đáp ứng dopa (chỉ có một bản sao của gen bị đột biến).
Xem thêm Thiếu tetrahydrobiopterinCác tên gọi khác
- DYT5
- DYT5a
- GCH
- GCH1_HUMAN
- GTP cyclohydrolase 1 (dopa-responsive dystonia)
- GTPCH1
References
- Genetic Testing Information. GCH1 GTP cyclohydrolase 1 [ Homo sapiens (human) ]. Retrieved June 6, 2022 from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2643
- Catalog of Genes and Diseases from OMIM. GTP CYCLOHYDROLASE I; GCH1. Retrieved June 6, 2022 from https://omim.org/entry/600225
- National Library of Medicine. GCH1 gene. Retrieved June 6, 2022 from https://medlineplus.gov/genetics/gene/gch1/