Nhiễm sắc thể 11
Nhiễm sắc thể 11 liên quan đến Potocki-Shaffer, hội chứng WAGR, hội chứng Jacobsen, u nguyên bào thần kinh,… Con người bình thường có 46 nhiễm sắc thể trong mỗi tế bào và được chia thành 23 cặp nhiễm sắc thể tương đồng. Trong hai bản sao của nhiễm sắc thể số 11, một bản sao được thừa hưởng từ bố và bản sao còn lại thừa hưởng từ mẹ tạo thành một cặp nhiễm sắc thể tương đồng trong số 23 cặp nhiễm sắc thể.
Nhiễm sắc thể 11 được tạo thành từ khoảng 135 triệu cặp base và chiếm từ 4-4,5% tổng số ADN trong tế bào.
Tổng quan
Xác định gen trên mỗi nhiễm sắc thể là lĩnh vực nghiên cứu mang tính ứng dụng cao trong nghiên cứu di truyền học. Vì các nhà nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp để dự đoán số lượng gen trên mỗi nhiễm sắc thể nên số lượng gen ước tính sẽ khác nhau. Nhiễm sắc thể 11 chứa khoảng 1300 đến 1400 gen hoạt hóa tạo ra protein. Các protein này thực hiện nhiều vai trò khác nhau trong cơ thể.
Đột biến gây bệnh
Các tình trạng sau đây có nguyên nhân do đột biến liên quan đến sự thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể hoặc thay đổi số lượng bản sao của nhiễm sắc thể số 11.
Hội chứng Beckwith-Wiedemann
Hội chứng Beckwith-Wiedemann có nguyên nhân do sự điều hòa bất thường của các gen trên một phần của nhánh ngắn (p) của nhiễm sắc thể số 11. Các gen này nằm sát nhau trong vùng 11p15.5 gần một đầu của nhiễm sắc thể.
Con thừa hưởng một bản sao nhiễm sắc thể số 11 từ cha và mẹ. Đối với hầu hết các gen trên nhiễm sắc thể 11, cả hai bản sao của gen đều được biểu hiện hoặc "bật" trong tế bào. Tuy nhiên, đối với một số gen trong vùng 11p15,5, chỉ bản sao từ cha được biểu hiện, trong khi một số gen khác, chỉ bản sao thừa kế từ mẹ được biểu hiện. Khác biệt của cha mẹ trong biểu hiện gen là do hiện tượng gọi là in dấu bộ gen. Các nhà nghiên cứu đã xác định những thay đổi trong in dấu bộ gen phá vỡ quy định của một số gen trong vùng 11p15.5, bao gồm CDKN1C, H19, IGF2 và KCNQ1OT1. Bởi vì những gen này điều khiển quá trình phát triển bình thường, nếu có vấn đề xảy ra sẽ dẫn đến phát triển quá mức và các biểu hiện đặc trưng khác của hội chứng Beckwith-Wiedemann.
Khoảng 20% trường hợp mắc hội chứng Beckwith-Wiedemann do đột biến gen gọi là lưỡng bội nhiễm sắc thể từ cha (Paternal Uniparental Disomy - UPD). Người bị UPD có 2 bản sao của gen từ cha thay vì 1 bản sao hoạt động từ cha và 1 bản sao không hoạt động từ mẹ. Những người bị UPD cũng thiếu các gen chỉ hoạt động trên bản sao nhiễm sắc thể từ mẹ. Trong hội chứng Beckwith-Wiedemann, UPD ở người mẹ thường xảy ra sớm trong quá trình phát triển phôi thai và chỉ ảnh hưởng đến một số tế bào của cơ thể, được gọi là thể khảm. UPD khảm dẫn đến sự mất cân bằng trong các gen hoạt động của người cha và người mẹ trên nhiễm sắc thể số 11, tạo nên các biểu hiện lâm sàng của hội chứng này.
Khoảng 1% người mắc hội chứng Beckwith-Wiedemann có bất thường về nhiễm sắc thể như chuyển đoạn, xóa đoạn hay lặp đoạn 11p15.5. Tương tự như những thay đổi di truyền khác gây ra hội chứng Beckwith-Wiedemann, những thay đổi này phá vỡ cơ chế điều hòa các gen trong vùng của nhiễm sắc thể số 11.
Hội chứng Emanuel
Hội chứng Emanuel do có thêm ADN từ nhiễm sắc thể 11 và nhiễm sắc thể 22 trong mỗi tế bào. Ngoài 46 nhiễm sắc thể thông thường, những người mắc hội chứng Emanuel có một nhiễm sắc thể phụ bao gồm một đoạn nhiễm sắc thể 22 gắn với một đoạn nhiễm sắc thể 11. Nhiễm sắc thể phụ gọi là dẫn xuất của nhiễm sắc thể 22 hoặc der(22).
Người mắc hội chứng Emanuel thừa hưởng nhiễm sắc thể der(22) từ cha hoặc mẹ không bị bệnh. Bố hoặc mẹ có nhiễm sắc thể được sắp xếp lại giữa nhiễm sắc thể số 11 và 22 gọi là chuyển đoạn cân bằng. Không có vật liệu di truyền thêm vào hoặc mất đi trong chuyển đoạn cân bằng, do đó thường không gây ra bất kỳ vấn đề sức khỏe nào. Khi chuyển đoạn được truyền cho thế hệ tiếp theo, nó có thể trở nên mất cân bằng. Người mắc hội chứng Emanuel thừa hưởng chuyển đoạn không cân bằng giữa nhiễm sắc thể 11 và nhiễm sắc thể 22 ở dạng der(22). Họ có hai bản sao bình thường của nhiễm sắc thể 11, hai bản sao bình thường của nhiễm sắc thể 22 và vật liệu di truyền bổ sung từ nhiễm sắc thể der (22).
Người mắc hội chứng Emanuel có ba bản sao của một số gen trong mỗi tế bào thay vì hai bản sao thông thường. ADN dư thừa làm rối loạn quá trình phát triển bình thường, dẫn đến thiểu năng trí tuệ và dị tật bẩm sinh. Người ta đang làm việc để xác định các gen nằm trên nhiễm sắc thể der(22) và vai trò trong quá trình phát triển.
Sarcoma Ewing
Chuyển đoạn trên nhiễm sắc thể 11 có thể gây ra ung thư sarcoma Ewing phát triển trong xương hoặc mô mềm như dây thần kinh và sụn. Chuyển vị t(11;22) hợp nhất một phần của gen EWSR1 từ nhiễm sắc thể 22 với một phần của gen FLI1 từ nhiễm sắc thể 11, tạo ra gen tổ hợp EWSR1/FLI1. Đột biến này mắc phải trong quá trình sống và chỉ hiện diện trong các tế bào khối u nên được gọi là đột biến soma không di truyền.
Protein EWS/FLI tạo ra từ gen tổ hợp EWSR1/FLI1 có các chức năng như protein của cả hai gen. Protein FLI tạo ra từ gen FLI1 gắn vào ADN và điều chỉnh hoạt động phiên mã, đây là bước đầu tiên trong quá trình sản xuất protein từ gen. Protein FLI kiểm soát tăng trưởng và phát triển của một số loại tế bào bằng cách điều chỉnh phiên mã một số gen. Protein EWS tạo ra từ gen EWSR1 cũng quy định quá trình phiên mã. Protein EWS/FLI có chức năng liên kết ADN của protein FLI cũng như chức năng điều hòa phiên mã của protein EWS. Người ta cho rằng protein EWS/FLI bật tắt bất thường quá trình phiên mã của nhiều gen, từ đó dẫn đến tế bào phát triển và phân chia không kiểm soát rồi hình thành nên khối u.
Hội chứng Jacobsen
Hội chứng Jacobsen còn gọi là hội chứng xóa đoạn cuối 11q, có nguyên nhân do xóa bỏ vật liệu di truyền ở đầu cuối của nhánh dài (q) của nhiễm sắc thể 11. Kích thước mất đoạn khác nhau giữa từng trường hợp, hầu hết mất khoảng 5 triệu đến 16 cặp base (5Mb đến 16Mb). Ở đa số người bệnh, mất đoạn bao gồm đầu của nhiễm sắc thể số 11. Mất đoạn lớn hơn có xu hướng gây ra các dấu hiệu và triệu chứng nghiêm trọng hơn so với mất đoạn nhỏ.
Các đặc điểm của hội chứng Jacobsen có thể liên quan đến nhiều gen bị mất trên nhiễm sắc thể số 11. Tùy thuộc vào kích thước, vùng bị xóa có thể chứa từ 170 đến hơn 340 gen. Nhiều gen trong số này có chức năng chưa rõ ràng, tuy nhiên chúng dường như rất quan trọng với giai đoạn phát triển của nhiều bộ phận trên cơ thể bao gồm não, mặt và tim. Một số gen được xác định có đóng góp vào các đặc điểm của hội chứng Jacobsen.
Xem thêm Hội chứng JacobsenU nguyên bào thần kinh
Khoảng 35% trường hợp u nguyên bào thần kinh bị xóa đoạn tại vị trí 11q23 trên nhánh dài (q) của nhiễm sắc thể 11. U nguyên bào thần kinh là một loại khối u ung thư bao gồm các tế bào thần kinh chưa trưởng thành (nguyên bào thần kinh). Mất đoạn 11q23 có thể xảy ra trong các tế bào của cơ thể sau khi thụ thai gọi là đột biến soma, hoặc có thể được di truyền từ bố mẹ. Mất đoạn này liên quan đến một dạng u nguyên bào thần kinh nghiêm trọng hơn. Người ta tin rằng đoạn bị xóa có thể chứa một gen ức chế khối u có nhiệm vụ ngăn tế bào phát triển và phân chia quá nhanh mất kiểm soát. Khi gen ức chế khối u bị xóa, ung thư có thể xảy ra. Tuy nhiên, chưa có gen ức chế khối u nào được xác định trong vùng bị xóa của nhiễm sắc thể số 11. Người ta vẫn chưa biết đoạn bị xóa góp phần hình thành hoặc tiến triển u nguyên bào thần kinh như thế nào.
Hội chứng Potocki-Shaffer
Hội chứng Potocki-Shaffer do mất đoạn tại vị trí 11p11.2 trên nhánh ngắn (p) của nhiễm sắc thể 11 nên còn được gọi là hội chứng xóa 11p gần. Các biểu hiện đặc trưng bao gồm lỗ mở rộng ở hai xương tạo nên phần trên và các bên của hộp sọ (phần đỉnh mở rộng), nhiều khối u xương không phải ung thư, thiểu năng trí tuệ, chậm phát triển, khuôn mặt dị biệt và các vấn đề thị lực. Đôi khi, người bệnh có dị tật tim, thận và đường tiết niệu. Các biểu hiện của hội chứng Potocki-Shaffer do mất một số gen trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể số 11. Đặc biệt, mất gen ALX4 gây ra hiện tượng phì đại vùng đỉnh, mất gen EXT2 là mầm mống cho đa số u xương, mất gen PHF21A gây ra thiểu năng trí tuệ và khuôn mặt dị biệt. Người ta đang tìm các gen trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể số 11 liên quan đến các đặc điểm khác của hội chứng Potocki-Shaffer.
Một tình trạng khác gọi là hội chứng WAGR do mất đoạn tại vị trí 11p13 trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể 11. Đôi khi, vùng xóa đủ lớn bao trùm cả vùng 11p11.2 và 11p13. Người bị xóa đoạn như vậy có các dấu hiệu và triệu chứng của cả hội chứng Potocki-Shaffer và hội chứng WAGR.
Xem thêm Hội chứng Potocki-ShafferHội chứng Russell-Silver
Tương tự như hội chứng Beckwith-Wiedemann, hội chứng Russell-Silver có thể do những thay đổi trên gen trong vùng 11p15.5. Cụ thể hơn, hội chứng Russell-Silver liên quan đến những thay đổi trong dấu ấn bộ gen ảnh hưởng đến sự điều hòa của các gen H19 và IGF2 trên nhiễm sắc thể 11. Những thay đổi này khác với những thay đổi trong hội chứng Beckwith-Wiedemann và gây ra tăng trưởng ngược. Mặc dù cả hai hội chứng có thể đều do sự điều hòa bất thường của gen, hội chứng Russell-Silver làm tăng trưởng chậm và tầm vóc thấp thay vì phát triển quá mức.
Hội chứng WAGR
Hội chứng WAGR do mất đoạn tại vị trí 11p13 trên nhánh ngắn (p) của nhiễm sắc thể 11. Bệnh ảnh hưởng đến nhiều cơ quan nên được đặt tên theo các đặc điểm chính bao gồm: ung thư thận ở trẻ em gọi là khối u Wilms, loạn sắc tố mắt, dị tật bộ phận sinh dục và thiểu năng trí tuệ. Các biểu hiện khác của hội chứng WAGR do mất nhiều gen trên nhiễm sắc thể. Kích thước đoạn bị xóa khác nhau giữa các trường hợp.
Các gen trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể số 11 liên quan đến những đặc điểm của hội chứng WAGR. Mất gen PAX6 làm gián đoạn giai đoạn phát triển của mắt, dẫn đến tật dị mống mắt (aniridia) và các vấn đề mắt khác, ngoài ra cũng có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của não. Mất gen WT1 là nguyên nhân gây ra các bất thường hệ sinh dục và tăng nguy cơ mắc khối u Wilms. Người ta đang tìm thêm các gen bị xóa để xác định mối liên quan với những biểu hiện khác.
Xem thêm Hội chứng WAGRUng thư
Những thay đổi trong nhiễm sắc thể 11 liên quan với một số loại ung thư khác. Những thay đổi này là đột biến soma không di truyền, phát sinh trong quá trình sống của một người và chỉ hiện diện trong tế bào khối u. Trong một số trường hợp, chuyển vị giữa nhiễm sắc thể 11 và các nhiễm sắc thể khác liên quan đến ung thư tế bào tạo máu (bệnh bạch cầu) và ung thư tế bào hệ miễn dịch (u lympho).
Các vấn đề khác
Những thay đổi khác về số lượng hoặc cấu trúc của nhiễm sắc thể 11 có thể gây ra nhiều biểu hiện khác nhau, bao gồm thiểu năng trí tuệ, chậm phát triển, chậm lớn, khuôn mặt dị biệt, yếu cơ. Những thay đổi liên quan đến nhiễm sắc thể 11 bao gồm thừa một đoạn (tam bội một phần), thiếu một đoạn (đơn bội một phần) và nhiễm sắc thể vòng. Nhiễm sắc thể vòng xảy ra khi nhiễm sắc thể bị đứt tại hai vị trí và các đầu nhánh nhiễm sắc thể kết hợp với nhau tạo thành cấu trúc vòng.
References
- National Human Genome Research Institute. Chromosome Abnormalities. Retrieved February 4, 2021 from https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Chromosome-Abnormalities-Fact-Sheet
- U.S. National Library of Medicine. Chromosome 11. Retrieved February 4, 2021 from https://medlineplus.gov/genetics/chromosome/11/