(Luận văn thạc sĩ) phân tích biến đổi di truyền của bệnh nhân mắc tật khuyết mống mắt ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
-----------------------------

Vũ Đình Chất
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

PHÂN TÍCH BIẾN ĐỔI DI TRUYỀN CỦA BỆNH NHÂN MẮC TẬT
KHUYẾT MỐNG MẮT Ở VIỆT NAM

Hà Nội – tháng 5 năm 2021

Luan van


BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ

-----------------------------

Vũ Đình Chất

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
PHÂN TÍCH BIẾN ĐỔI DI TRUYỀN CỦA BỆNH NHÂN MẮC TẬT
KHUYẾT MỐNG MẮT Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 8420114

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.Nguyễn Hải Hà

Hà Nội – tháng 5 năm 2021

Luan van


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Phân tích biến đổi di truyền
của bệnh nhân mắc tật khuyết mống mắt ở Việt Nam” là công trình nghiên
cứu của cá nhân tơi và các cộng sự tại Viện nghiên cứu Hệ gen thuộc Viện
Hàn Lâm Khoa Học Việt Nam. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung
thực và chưa được công bố trong các cơng trình khác. Nếu khơng đúng như
đã nêu trên, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình.
Hà Nội, tháng 5 năm 2021
Học viên

Vũ Đình Chất

Luan van

Lời cảm ơn
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Hải Hà – Phó
Trưởng Phịng phân tích hệ gen, Viện nghiên cứu hệ gen, người thầy – người
chị đã theo sát và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực tập và làm luận văn.
Thời gian làm tốt nghiệp cũng là lúc tơi gặp nhiều khó khăn và nghĩ tới bỏ
cuộc, tuy vậy, chị Hà đã tận tình giúp tơi để tơi có thể hồn thành Luận văn
này. Những câu chữ ngắn gọn khó có thể giúp tơi diễn tả lịng biết ơn của
mình đối với chị. Khoảng thời gian hơn một năm làm việc với chị giúp tôi học
được nhiều điều và chắc chắn những kiến thức tôi thu lượm được sẽ là hành
trang tốt cho tơi trên con đường phía trước. Qua đây, tơi cũng xin gửi lời cảm
ơn đặc biệt tới TS. Nguyễn Đăng Tơn – Trưởng Phịng phân tích hệ gen, Ths.
Nguyễn Thị Thanh Hoa cùng toàn thể các anh chị em đang làm việc và học
tập tại đây.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Học viện
Khoa học và Công nghệ đã dành tâm huyết xây dựng môi trường nghiên cứu
và học tập sáng tạo cho tồn thể học viên. Bên cạnh đó, để có thể hồn thành
được khố học với nhiều thơng tin bổ ích không thể không nhắc tới sự tận tuỵ
của các thầy cô trong Học viện, đặc biệt thầy cô đang công tác tại Khoa Công
nghệ Sinh học. Đồng thời thôi cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới toàn thể
anh chị em cán bộ học viện đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong thời gian theo học tại
đây.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời tri ân tới bố mẹ, vợ con, những người thân
trong gia đình và bạn bè, các đồng nghiệp tại Labo IVF Hồng Ngọc đã luôn
hỗ trợ, khích lệ và động viên tinh thần từ lúc tơi đăng ký thi và trong suốt quá
trình học tập tại Học viện.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Luan van

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Microarray-based Comparative
Genomic Hybridization
BAC/YAC Bacterial/Yeast artificial
chromosome

Lai so sánh hệ gen aCGH

CTS

C-terminal subdomain

Tiểu vùng đầu C

CTE

C-terminal exptension

Kéo dài đầu C

DRR

Downstream Regulatory Region

Vùng điều hoà xi dịng

EE

Ectodermal enhancer

ELP4

Elongator complex protein 4

FISH

Fluorescence in situ hybridization

FOXC1

Forkhead Box C1

HD

Homeodomain

ITPR1

Inositol 1,4,5-Trisphosphate
Receptor Type 1

KMM

Khuyết mống mắt

LNK

Linker region

Vùng liên kết

LOVD

Leiden open variation database

Cơ sở dữ liệu đột biến mở

MLPA

Multiplex Ligation-dependent
Probe Amplification

NMD

Nonsense-mediated decay

Phân huỷ qua trung gian vô
nghĩa

NTS

N-terminal subdomain

Tiểu vùng đầu N

OMIM

Online Mendelian Inheritance in
Man

Cơ sở dữ liệu trực tuyến
bệnh di truyền Menden ở
người

aCGH

Nhiễm sắc thể vi khuẩn/
nấm nhân tạo

Kỹ thuật lai huỳnh quang tại
chỗ

Vùng HD

Luan van


PAX6

Paired box 6

PD

Pair domain

PITX2

Paired-like homeodomain
transcription factor 2

P0/1/ α

Promoter 0/1/α

PST

Proline-serine-threonine domain

Vùng giàu proline, serine,
threonine

PTC

Premature termination codon

Mã kết thúc sớm

TRIM44

Tripartite Motif Containing 44

UTR

Untranslated region

WAGR

Vùng PD

Vùng khơng dịch mã

Wilms tumor-aniridia-genital
anomalies-retardation

WES

Whole Exom Sequencing

Giải trình tự tồn bộ hệ gen
biểu hiện

WGS

Whole Genome Sequencing

Giải trình tự toàn bộ hệ gen

WT1

Wilms' tumor 1

Luan van


Danh mục bảng biểu và hình ảnh
HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Bệnh nhân KMM với đột biến PAX6 dị hợp tử biểu hiện kiểu hình

mắt rất đa dạng..................................................................................................... 5
Hình 1.2: Lô-cut PAX6 ở người.......................................................................... 10
Hình 1.3: Các mất đoạn ADN trong locus 11p13 chứa vùng điều hoà 3' của
PAX6 ................................................................................................................... 16
Hình 1.4: Tần xuất các kiểu đột biến trong cơ sở dữ liệu đột biến PAX6 .......... 17
Hình 1.5: Chiến lược xét nghiệm di truyền đối với những bệnh nhân khuyết
mống mắt ............................................................................................................ 24
Hình 2.1: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu.......................................................... 28
Hình 3.1: Điện di kiểm tra ADN tổng số trên gel agarose 0.8% ....................... 38
Hình 3.2: Kết quả phân tích MLPA của bệnh nhân TMM4 ............................... 41
Hình 3.3: Kết quả phân tích MLPA của hai mẫu có đột biến mất đoạn ............ 42
Hình 3.4: Ảnh minh hoạ điện di đồ sản phẩm PCR từ mẫu dị tật mống mắt ..... 44
Hình 3.5: Kết quả so sánh trình tự vùng chứa exon 5 của gen PAX6 trên các
mẫu KMM với trình tự chuẩn ............................................................................. 44
Hình 3.6: Kết quả so sánh trình tự vùng chứa exon 7 của gen PAX6 trên các
mẫu KMM với trình tự chuẩn ............................................................................. 45
Hình 3.7: Kết quả so sánh trình tự vùng chứa exon 8 của gen PAX6 trên các
mẫu KMM với trình tự chuẩn ............................................................................. 46
Hình 3.8: Kết quả so sánh trình tự vùng chứa exon 9 của gen PAX6 trên các
mẫu KMM với trình tự chuẩn ............................................................................. 47
Hình 3.9: Kết quả so sánh trình tự vùng chứa exon 11 của gen PAX6 trên các
mẫu KMM với trình tự chuẩn ............................................................................. 48
Hình 3.10: So sánh kết quả phân tích MLPA của bệnh nhân TMM12 (A) và
người mẹ cũng mắc KMM (B) ............................................................................ 54

Luan van


Hình 3.11: Sơ đồ phả hệ của bệnh nhân TMM11 .............................................. 55
BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các thành phần điều hoà bảo thủ và sự điều hoà biểu hiện trong và
ngoài mắt của gen PAX6 [26]. ........................................................................... 13
Bảng 2.1: Thông số cài đặt máy điện di mao quản để chạy phân tích MLPA ... 31
Bảng 2.2 Trình tự các cặp mồi đặc hiệu cho khuếch đại vùng giáp ranh exonintron và toàn bộ các exon của gen PAX6.......................................................... 32
Bảng 2.3: Thành phần PCR khuếch đại gen PAX6. ........................................... 34
Bảng 3.1: Đặc điểm lâm sàng của bệnh nhân KMM ......................................... 37
Bảng 3.2: Nồng độ ADN tổng số được xác định bằng ....................................... 39
Bảng 3.3: Bảng mối liên hệ giữa giá trị DQ và số lượng bản sao .................... 40
Bảng 3.4. Các đột biến gen phát hiện trên bệnh nhân KMM ............................. 49
Bảng 3.5: Đột biến và kiểu hình ở mỗi bệnh nhân ............................................. 50

Luan van


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 4
TỔNG QUAN BỆNH KHUYẾT MỐNG.............................................. 4
1.1.1.

Đặc điểm lâm sàng .......................................................................... 4

1.1.2.

Hội chứng WGAR ........................................................................... 8

1.1.3.

Hội chứng Gellespie ........................................................................ 8

CƠ SỞ DI TRUYỀN PHÂN TỬ CỦA BỆNH KHUYẾT MỐNG MẮT
....................................................................................................................... 9
1.2.1.

Cấu trúc và chức năng của gen PAX6 ............................................. 9

1.2.2.

Sự điều hoà PAX6 .......................................................................... 12

1.2.3.

Các đột biến trên PAX6 ................................................................. 16

1.2.3.1. Đột biến mã kết thúc sớm .............................................................. 17
1.2.3.2. Biến dị kéo dài đầu C (CTE) ......................................................... 18
1.2.3.3. Đột biến sai nghĩa ......................................................................... 18
1.2.3.4. Các đột biến trong vùng không mã hoá ........................................ 19
1.2.3.5. Đột biến cấu trúc ........................................................................... 19
1.2.3.6. Đột biến hai alen ........................................................................... 20
1.2.4.

Các gen khác ................................................................................. 20

PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐỐN ......................................................... 21
1.3.1.

Chẩn đốn lâm sàng ...................................................................... 21

1.3.2.

Chẩn đốn di truyền ...................................................................... 22

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BỆNH KHUYẾT MỐNG MẮT ........... 24
CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 27

Luan van


NGUYÊN VẬT LIỆU.......................................................................... 27
2.1.1.

Đối tượng nghiên cứu .................................................................... 27

2.1.2.

Hoá chất và thiết bị ........................................................................ 27

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................ 28
2.2.1.

Thu mẫu ......................................................................................... 29

2.2.2.

Tách chiết và đánh giá chất lượng ADN ....................................... 29

2.2.3.

Xác định các đột biến cấu trúc bằng MLPA.................................. 29

2.2.4.

Giải trình tự gen Sanger ................................................................ 32

2.2.4.1. Thiết kế mồi và PCR ...................................................................... 32
2.2.4.2. Giải trình tự gen ............................................................................ 35
2.2.4.3. Phân tích kết quả tìm đột biến sau giải trình tự ............................ 35
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 37
KẾT QUẢ ............................................................................................ 37
3.1.1.

Kết quả thu thập mẫu nghiên cứu .................................................. 37

3.1.2.

Tách chiết ADN tổng số ................................................................ 38

3.1.3.

Phân tích đột biến cấu trúc bằng MLPA ....................................... 39

3.1.4.

Kết quả PCR khuếch đại gen PAX6 .............................................. 43

3.1.5.

Phát hiện đột biến bằng phương pháp giải trình tự ....................... 44

3.1.6.

Đánh giá mối liên hệ kiểu gen và kiểu hình cho mỗi bệnh nhân .. 49

THẢO LUẬN....................................................................................... 51
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 57
KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 59

Luan van


Luan van


1
MỞ ĐẦU
Dị tật khuyết mống mắt (aniridia/KMM) là rối loạn gây nên hậu quả
khơng có mống mắt thường ở cả 2 mắt của bệnh nhân. Đây là bệnh di truyền
trội với tỉ lệ mắc khoảng 1/40,000 – 100,000 ca sinh, khơng phân biệt chủng
tộc và giới tính [1]. Dị tật khuyết mống mắt thường được biểu hiện trong 6
tuần đầu sau khi sinh với biểu hiện mống mắt bất thường (mất hoàn toàn hoặc
một phần) hoặc rung giật nhãn cầu. Dị tật này có thể khiến cho bệnh nhân
nhìn khơng được rõ nét và mắt bị nhạy cảm với ánh sáng. Một số vấn đề với
mắt cũng có thể gặp phải ở bệnh nhân như tăng nhãn áp thường xảy ra vào
giai đoạn muộn của tuổi niên thiếu hoặc giai đoạn sớm của tuổi dậy thì.
Khoảng 50-80% bệnh nhân mắc KMM sẽ có biểu hiện đục thủy tinh thể và
10% số bệnh nhân bị kém phát triển dây thần kinh thị giác.
Đột biến gây mất chức năng của gen PAX6 là nguyên nhân gây nên
KMM [2]. Vai trò quan trọng của gen PAX6 đối với sự phát triển của mắt lần

đầu tiên được chú ý khi gen này được tìm thấy bị đột biến ở những bệnh nhân
KMM. Gen PAX6 nằm trên nhiễm sắc thể số 11 và mã hóa cho một protein
tham gia vào giai đoạn phát triển sớm của mắt, não, cột sống (hệ thống thần
kinh trung ương) và tụy. Với vai trò là 1 yếu tố phiên mã, protein PAX6 bám
vào các trình tự ADN đặc hiệu và qua đó điều hịa hoạt động của các gen
khác. Sau khi sinh, protein PAX6 tham gia điều hòa một số gen khác, các gen
này dường như góp phần duy trì các cấu trúc khác nhau của mắt. Đột biến gen
PAX6 tạo nên protein PAX6 không mang chức năng, không có khả năng bám
và hoạt hóa các gen. Từ đó sẽ gây ức chế quá trình hình thành mắt trong giai
đoạn phát triển của phơi. Cho tới nay, có khoảng 500 đột biến dị hợp tử trên
gen PAX6 đã được phát hiện là nguyên nhân gây nên KMM và chiếm đến 2/3
số ca bệnh [2]. Trong số đó, 94% đột biến điểm trong gen hình thành tín hiệu
kết thúc sớm hoặc làm thay thế axít amin [3]. Nghiên cứu trên chuột trước đó
đã cho thấy đột biến dị hợp tử trên gen PAX6 gây nên tính trạng mắt nhỏ [4].
Các đột biến gây tín hiệu kết thúc sớm ở gen PAX6 sẽ kích hoạt q trình
phân hủy sản phẩm ARN mang bộ ba mã kết thúc sớm trước khi protein ngắn
bất thường được hình thành. Những đột biến sai nghĩa trong gen PAX6 làm

Luan van


2
thay đổi trình tự axít amin tạo nên sản phẩm protein gấp cuộn sai hoặc có
chức năng bất thường, điều này là nguyên nhân gây nên kiểu hình khiếm
khuyết ở mống mắt hoặc có thể tạo nên dạng nguy hiểm hơn là biến dạng dây
thần kinh thị giác hoặc kiểu hình mắt nhỏ [1, 5]. Bên cạnh đột biến điểm, 30%
số ca bệnh KMM có nguyên nhân từ sự tái sắp xếp của nhiễm sắc thể tại vùng
11p13 bao gồm mất toàn bộ gen PAX6 hoặc mất cả vùng gen PAX6 với vùng
gen liền kề (đặc biệt là gen WT1-gây nên hội chứng WAGR) [2]. Ngoài ra,
một dạng đột biến trong đó xảy ra tại 2 vị trí của gen PAX6 đều ở dạng dị hợp

tử (compound heterozygous) đã được cơng bố ở 2 bào thai có bố mẹ đều mắc
KMM, các bào thai này có đặc điểm là biến dạng cấu trúc não [6].
Các nhóm nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp
một số phương pháp phân tích phân tử như giải trình tự Sanger, lai huỳnh
quang tại chỗ (Fluorescence in situ hybridization), MLPA (Multiplex
Ligation-Depent Probe Amplification) và aCGH (Microarray-based
Comparative Genomic Hybridization) trong chẩn đoán di truyền cho các bệnh
nhân KMM [7 – 9]. Gần đây vào năm 2017, Blanco-Kelly và cộng sự đã phát
triển phương pháp aCGH trong chẩn đoán phân tử cho những ca bệnh dị tật
khuyết mống mắt và hội chứng WAGR [9]. Bên cạnh đó, có một số nghiên
cứu đã kết hợp phương pháp giải trình tự Sanger và MLPA trong sàng lọc các
đột biến trên gen PAX6 ở bệnh nhân KMM [10 – 12]. Việc kết hợp hai kỹ
thuật này đã giúp nâng tỷ lệ xác định đột biến từ 49% lên 60%. Như vậy
chứng tỏ việc sử dụng đồng thời cả hai phương pháp giải trình tự Sanger và
MLPA đã tăng độ nhạy cho chẩn đoán [12].
Cho tới nay, vẫn chưa có nghiên cứu nào tại Việt Nam công bố về di
truyền phân tử của bệnh KMM. Mặc dù có rất nhiều vấn đề với mắt, nhưng
hầu hết những bệnh nhân mắc dị tật khuyết mống mắt đều có thể bảo tồn thị
lực nếu được chăm sóc phù hợp. Trong số bệnh nhân KMM, hơn 2/3 số ca
mắc bệnh là do yếu tố di truyền trội từ cha/mẹ, 1/3 số còn lại là đột biến mới
phát sinh [1]. Do đó, chẩn đốn di truyền đóng vai trị quan trọng để xác định
nguyên nhân gây bệnh, tư vấn di truyền cũng như dự đốn nguy cơ hình thành
khối u khác của bệnh nhân (khối u thận). Hơn nữa, kết quả nghiên cứu của đề

Luan van


3
tài cũng sẽ đóng góp vào cơ sở dữ liệu về các đa hình của gen gây KMM ở
Việt Nam.

Luan van


4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
TỔNG QUAN BỆNH KHUYẾT MỐNG
1.1.1.

Đặc điểm lâm sàng

Khuyết mống mắt (KMM) (OMIM 106210) là tình trạng suy sản một
phần hoặc toàn bộ mống mắt đồng thời suy sản hố thị giác, dẫn đến giảm thị
lực và rung giật nhãn cầu [13 – 15]. Bệnh này luôn biểu hiện ở giai đoạn rất
sớm. Những bất thường mắt liên quan như đục thuỷ tinh thể, tăng nhãn áp và
bất thường giác mạc nhìn chung sẽ khởi phát muộn dẫn đến mất thị giác tiến
triển. Khoảng 2/3 trường hợp KMM di truyền trội theo dòng họ, phần còn lại
là tự phát. Kiểu hình của người mắc KMM có thể khác nhau giữa các gia đình
và thậm chí khác nhau trong cùng gia đình. Hơn nữa, người bệnh thường cho
thấy có sự khác biệt nhỏ giữa hai mắt. Hầu hết các trường hợp biểu hiện trong
sáu tuần sau sinh với một bất thường mống mắt hoặc đồng tử rõ ràng hoặc
rung giật nhãn cầu. Mặc dù có nhiều vấn đề về mắt, hầu hết bệnh nhân KMM
có thể giữ lại thị lực nếu chăm sóc mắt thích hợp. Bệnh này có thể biểu hiện
như một bất thường tại mắt mà khơng có liên quan rõ ràng đến các bất thường
có hệ thống khác hoặc là một phần của hội chứng gen tiếp giáp WAGR [16].
Những người mắc hội chứng WAGR có nguy cơ cao sẽ phát triển u nguyên
bào thận (Wilms), đây là dạng ung thư thận ác tính ở thời kỳ niên thiếu. Tỷ lệ
hiện hành của khuyết mống mắt là 1:40,000 tới 1:100,000 không bị ảnh
hưởng bởi nguồn gốc chủng tộc hay giới tính [1, 13].
Mống mắt

Suy sản mô mống mắt là hiện tượng bất thường đặc trưng nhất ở những
bệnh nhân KMM. Mức độ bất thường mống mắt có thể biểu hiện rất khác
nhau giữa các bệnh nhân (xem hình 1.1). Trong trường hợp nghiêm trọng
nhất, mống mắt bị suy giảm chỉ còn là một điểm nhỏ của phần mơ cịn sót lại.
Ngược lại, ở những trường hợp nhẹ nhất, mống mắt chỉ có bất thường trên
phần truyền sáng hoặc với cấu trúc bề mặt [8, 17]. Những thay đổi khác bao
gồm khiếm khuyết mống mắt một phần, bất thường hoặc lạc vị trí đồng tử và
lộn màng bồ đào.

Luan van


5

Hình 1.1 Bệnh nhân KMM với đột biến PAX6 dị hợp tử biểu hiện
kiểu hình mắt rất đa dạng. (a) Hồn tồn khơng có mơ mống mắt với áp-xe
phẫu thuật (loại bỏ thuỷ tinh thể) và phần còn lại của bao thuỷ tinh thể mờ
đục (đột biến CTE). (b) Mô mống mắt hầu như khơng có và bị che bởi lớp
giác mạc bên ngoài bất thường với tình trạng đục và tạo mạch máu mới.
Ngoài ra, một phần bề mặt thuỷ tinh thể đục có sắc tố bất thường (đột biến
PCT). (c) Khuyết mống mắt một phần (đột biến sai nghĩa). (d) Bệnh lý giác
mạc nghiêm trọng do KMM với tình trạng đục hoàn toàn và hình thành mạch
máu (đột biến PCT). (e) Mơ mống mắt vẫn cịn đầy đủ nhưng có một vùng cấu
trúc bất thường (Đột biến sai nghĩa) [3].

Luan van


6
Thuỷ tinh thể

Đục thuỷ tinh thể bẩm sinh cũng xuất hiện ở bệnh nhân KMM đặc biệt
phần cực [8, 13, 14, 17]. Đơi khi cịn tồn tại tàn dư mạch máu thai nhi của ống
trước hoặc màng đồng tử vẫn còn. Đục thuỷ tinh thể hiếm gặp ở trẻ sơ sinh,
nhưng nó phát triển trong khoảng 50-85% bệnh nhân KMM thường ở tuổi
niên thiếu hoặc giai đoạn đầu của thời kỳ trưởng thành. Dịch chuyển thuỷ tinh
thể cũng có thể xuất hiện nhưng không thường xuyên.
Áp lực nội nhãn
Hiện tượng áp lực nội nhãn tăng lên mà không thay đổi đĩa thị giác và
thị trường (tăng nhãn áp) và glôcôm (chèn đĩa thị giác và giảm thị trường)
xuất hiện khá phổ biến, với tỷ lệ hiện hành cuối cùng là 30-50% [8, 13, 14,
17, 18]. Tăng nhãn áp luôn xuất hiện ở giai đoạn muộn thời niên thiếu hoặc
thời kỳ trưởng thành nhưng có thể có mặt lúc sơ sinh với đường kính giác
mạc lớn và kèm với hiện tượng đục giác mạc (chứng mắt trâu).
Bất thường giác mạc
Bất thường giác mạc xuất hiện tương đối muộn chủ yếu do thiếu chức
năng tế bào gốc vùng rìa. Có thể có nhiều bất thường trên giác mạc khác nhau
từ tạo mạch ngoại vi nhẹ tới tạo mạch toàn giác mạc, đục và sừng hố (hình
1.1) [8, 13, 14, 17]. Can thiệp phẫu thuật để giải quyết đục thuỷ tinh thể hoặc
tăng nhãn áp có thể kích hoạt tình trạng suy giác mạc. Ngồi ra hiện tượng tạo
nước mắt khơng thích hợp sẽ làm trầm trọng thêm vấn đề bề mặt của mắt.
Phần trung tâm của giác mạc thường dày lên khiến cho áp kế mắt đo sai áp
lực nội nhãn dẫn đến khơng chẩn đốn được tăng nhãn áp.
Hố thị giác
Suy sản hố thị giác luôn xuất hiện ở bệnh nhân KMM. Biểu hiện của
tình trạng này là phản xạ hố thị giác giảm, giảm sắc tố điểm vàng và các mạch
máu võng mạc đi xuyên qua vùng vô mạch của hố thị giác [8, 14].

Luan van

7
Thần kinh thị giác
Suy thần kinh thị giác (thần kinh thị giác nhỏ, dị dạng) xuất hiện lên tới
10% trường hợp bệnh nhân KMM. Ngoài ra tật khuyết dây thần kinh thị giác
đôi khi cũng được quan sát thấy ở những bệnh nhân này [8].
Tật khúc xạ, lác và sụp mí
Cận thị, viễn thị, loạn thị, cũng như lác mắt thường thấy ở người
KMM. Ngồi ra, có tới 10% bệnh nhân bị sụp mí.
Hội chứng xơ khuyết mống mắt
Một số phẫu thuật nội nhãn đơi khi kích hoạt sự phát triển của một
màng xơ từ phần cịn lại của mơ mống mắt mà nằm bên dưới thuỷ tinh thể và
giác mạc. Hiện tượng này có thể gây ra dịch chuyển hoặc vướng vào thuỷ tinh
thể và đục giác mạc.
Các đặc điểm hệ thống
Đã có nhiều báo cáo cho rằng bệnh nhân KMM có thể có thiếu hụt cảm
giác và thần kinh mà không liên quan tới mắt. Bởi vậy, người ta ngày càng có
niềm tin rằng KMM đơn có thể có những đặc đểm hệ thống đặc trưng.
Hệ thần kinh trung ương
Ở bệnh nhân KMM đơn, khứu giác giảm dường như là khiếm khuyết
chức năng phổ biến nhất. Các nghiên cứu MRI đã chứng minh các bất thường
của mép trước não, vùng vòng cung vỏ não trước, tiểu não, thuỳ thái dương
và chẩm, thể chai, tuyến tùng và khứu giác [19]. Tuy nhiên, dường như không
phát hiện ra bất kỳ dấu hiệu bất thường nào của chức năng thận [15]. Rất
hiếm bệnh nhân có biểu hiện khó khăn về hành vi và chậm phát triển [20].
Thính giác
Người khuyết mống mắt có thể có khiếm khuyết xử lý thính giác trung
tâm do chuyển giao bất thường giữa bán cầu, có thể gây khó nghe. Để chẩn
đốn cần đánh giá thính giác chi tiết, nhưng quan trọng ở bệnh nhân, đặc biệt
là trẻ em, người mà đã có một sự suy giảm thị lực [19].

Luan van


1.1.2.

8
Hội chứng WGAR

Đối với trường hợp KMM bột phát người ta thường xét nghiệm để sàng
lọc nguyên nhân do mất đoạn nhiễm sắc thể. WT1 một gen hàng xóm của
PAX6 và cùng nằm trên vùng 11p13, đây là gen có khuynh hướng sinh ra khối
u Wilms. Do đó, những bệnh nhân bị mất đoạn nhiễm sắc thể bao gồm hai
gen này có nguy cơ cao (lên tới 50%) với phát sinh khối u nguyên bào thận
(Wilms – OMIM 195070) ở giai đoạn thơ ấu. Hội chứng WAGR cổ điển
(OMIM 194072) bao gồm khối u Wilms với khuyết mống mắt, bất thường
sinh dục và chậm phát triển trí tuệ, nhưng kiểu hình có thể khác nhau nhiều
[1, 7, 16]. Khuyết mống mắt là triệu chứng phù hợp nhất [16]. Thuật ngữ hội
chứng WAGR được sử dụng chung thậm chí nếu bệnh nhân không biểu hiện
tất cả bốn đặc điểm cổ điển. Tương tự, mất đoạn WAGR mô tả một mất đoạn
bao gồm PAX6 và WT1 nếu khơng có u Wilms. Khối u Wilms ở bệnh nhân
WAGR thường có cả hai bên và xuất hiện sớm hơn các loại u Wilms khác
[16]. Các bất thường thận phát triển, và xuất hiện phổ biến hơn là tình trạng
viêm cầu thận phân đoạn khu trú giống như bệnh thận giai đoạn cuối [21].
Các bất thường sinh dục bao gồm tinh hoàn lạc chỗ (trong 60% trường hợp
nam giới), lỗ đái lệch thấp và cơ quan sinh dục mơ hồ, bất thường niệu, buồng
trứng, bất thường tử cung và u tuyến sinh dục [16]. Chậm phát triển trí tuệ
(IQ<74) đã được chứng minh trong 70% trường hợp bệnh nhân WAGR và có
xu hướng liên quan tới các mất đoạn lớn [1, 16]. Một loạt các đặc điểm dị
hình và các bất thường về hành vi, thần kinh và chuyển hố, bao gồm cả béo
phì, cũng có thể xuất hiện.

1.1.3.

Hội chứng Gellespie

Bệnh nhân mắc hội chứng Gellespie (GS – OMIM 206700) khuyết
mống mắt một phần rõ ràng, biểu hiện như giãn đồng tử bẩm sinh và bao gồm
các đặc điểm liên quan tới suy sản tiểu não tiến triển, mất kiểm soát vận động,
chậm phát triển trí tuệ và giảm trương lực bẩm sinh. Đối với hội chứng GS
với hình thái KMM hai mắt và có dạng vỏ sò riêng biệt do sự bất sản của mô
trung tâm tới ống nối. Hiện tượng này dường như là hậu quả của sự phát triển
bất thường cơ vòng có nguồn gốc ngoại bì và mơ đệm có nguồn gốc trung bì

Luan van


9
xung quanh đầu xa của mống mắt thai nhi. Trái ngược với bệnh KMM do
PAX6, bất thường trong GS thường giới hạn ở mống mắt và sự thay đổi của
các sợi thấu kính. Suy sản hố thị giác hiếm khi được quan sát [22].
Vào năm 2016, hai dự án độc lập sử dụng giải trình tự tồn bộ hệ gen
biểu hiện đã xác định được đột biến trên gen ITPR1 là nguyên nhân gây ra hội
chứng Gellespie [22, 23]. Tất cả những trường hợp được báo cáo đều có đột
biến đồng hợp tử hoặc dị hợp tử trên ITPR1 do đó, hội chứng GS hiện nay
được coi như bệnh do rối loạn di truyền đơn gen gây nên. Đáng chú ý là có 17
trong số 22 trường hợp được báo cáo là nữ dù cho những báo cáo ban đầu về
hội chứng này khi mà chưa có xét nghiệm di truyền khơng cho thấy xu hướng
lệch giới tính như vậy.
CƠ SỞ DI TRUYỀN PHÂN TỬ CỦA BỆNH KHUYẾT MỐNG
MẮT
1.2.1.

Cấu trúc và chức năng của gen PAX6

Đột biến gen PAX6 được coi là ngun nhân chính gây nên KMM [1].
Lơ-cut PAX6 (OMIM 607108) đã được lập bản đồ gen cùng với vùng 11p13.
Gen PAX6 có chiều dài là 22 Kb, tuy nhiên vùng điều hồ của nó kéo dài tới
xấp xỉ 450 Kb trong hệ gen [24, 25]. PAX6 bao gồm 14 exon, trong đó có ba
vùng khơng mã hố.

Luan van


10

Hình 1.2: Lơ-cut PAX6 ở người. (A) Cấu trúc gen PAX6 trong vùng
11p13, với 14 exon (các hộp màu sắc thể hiện các vùng protein tương ứng),
promoter P0, P1 và Pα (các hộp với đường mũi tên) và các thành phần điều
hoà (hình ovan với đường kẻ ngang) bao gồm vùng tăng cường ở biên (EE),
nằm ngược dòng với PAX6, và vùng điều hồ xi dịng (DRR) và SIMO nằm
trong các intron của gen hàng xóm ELP4 (kéo dài bốn exon thể hiện bởi các
hộp màu cam). EE: vùng tăng cường bên ngồi; DRR: vùng điều hồ xi
dịng. (B) Hai đồng phân chính của PAX6: PAX6 chính tắc, PAX6(5a) và cấu
trúc tương ứng của chúng với các domain chức năng. PD: paired domain;
NTS: N-terminal subdomain; CTS: C-terminal subdomain; LNK: Liker
region; HD: Homeodomain; PST: proline-serine-threonine domain; aa:
amino acid [26].
Phân tử protein chính được mã hố bởi gen PAX6 chứa 422 axít amin
và trọng lượng phân tử xấp xỉ 46 KDa. Protein PAX6 có hai vùng gắn ADN
là paired domain (PD) và homeodomain (HD), giữa HD và PD có một đoạn
gọi là vùng nối (LNK) (hình 1.2B). Ở đầu C, tiếp giáp với HD là một vùng

chuyển hoạt hoá giàu proline-serine-threonine (PSTD). Vùng PSTD này cần
thiết cho hoạt động khởi đầu phiên mã và nó điều hành việc gắn ADN bởi HD
[27]. Ngược lại, PD bao gồm một tiểu vùng đầu N (NTS hoặc PAI) và một
tiểu vùng đầu C (CTS hoặc RED) (hình 1.1B) [28]. Cả hai tiểu vùng gắn các

Luan van


11
trình tự ADN liên kết tương ứng với hai đồng phân: PAX6 chính tắc và
PAX6(5a) để điều hành hoạt động của chúng [29]. Phiên bản phụ PAX6(5a)
được hình thành nhờ sự cắt ghép thay đổi của exon 5a nằm giữa exon 5 và 6,
dẫn tới một đồng phân lớn hơn với 436 amino axít (48 KDa) (hình 1.1B).
Mười bốn amino axít mã hố bởi exon 5a được chèn trong tiểu vùng NTS của
PD, khố hoạt động gắn ADN của nó, và để lộ hoạt động gắn ADN của CTS
[29].
Một đồng phân thứ ba đã được báo cáo ở chuột và chim cút là
Pax6∆PD. Đồng phân này thiếu hoàn toàn vùng PD và nó được dự đốn dẫn
đến một protein bị cắt ngắn [30]. Tuy nhiên, Kim và Lauderdale chỉ ra rằng
Pax6∆PD có một chức năng giới hạn trong sự phát triển mắt của động vật có
vú so với PAX6 và PAX6(5a), vì sự biểu hiện quá mức của Pax6∆PD, trong
khi sử dụng hệ thống chuyển gen BAC và YAC, dẫn đến tình trạng mắt nhỏ
nghiêm trọng ở cả kiểu dại và chuột thiếu Pax6 [31]. Các hệ thống báo cáo
kép trong sự phát triển phôi chuột cho thấy rằng đồng phân Pax6∆PD, mặc dù
ở mức độ thấp hơn các đồng phân chứa PD, hầu như được xác định trong
ngoại vi võng mạc thần kinh và phát triển thể mi, nhưng nó vắng mặt trong
thuỷ tinh thể và giác mạc đang phát triển [32].
Sự điều hồ và các gen đích của mỗi đồng phân trong mắt vẫn chưa
được hiểu biết rõ ràng. Người ta giả thiết rằng PAX6 chính tắc là phổ biến
hơn trong sự phát triển các mô mắt giai đoạn phơi thai và liên quan tới sự biệt

hố và xác định số phận tế bào, trong khi PAX6(5a) có vẻ liên quan đến sự
phát triển hoặc sau sinh và tăng sinh tế bào [33]. Theo đó, các nghiên cứu
biểu hiện ở thuỷ tinh thể mắt chuột chỉ ra rằng, trong q trình phát triển phơi,
sự biểu hiện Pax6 chính tắc là cao hơn (8:1) khi được so với Pax6(5a). Tuy
nhiên, ở các mô mắt trưởng thành (thuỷ tinh thể, giác mạc và võng mạc), tỷ lệ
thay đổi thành 1:1 [34]. Cùng xu hướng được quan sát trong võng mạc của
phơi gà, ở đó Pax6 chính tắc được biểu hiện cao trong giai đoạn sớm ở mầm
mắt và tấm thấu kính, trong khi đó sự biểu hiện Pax6(5a) thực sự vượt sự biểu
hiện Pax6 chính tắc trong tiền võng mạc của gà, vì các lồi chim sở hữu mật
độ thụ thể ánh sáng cao hơn so với các loài linh trưởng [33]. Những nghiên

Luan van


12
cứu biểu hiện này dường như chứng minh cho kiểu hình ở người, vì các đột
biến ảnh hưởng tiểu vùng CTS, phần gắn ADN của đồng phần PAX6(5a), liên
quan tới suy sản hố thị giác [29]. Trong giác mạc, PAX6 và PAX6(5a) đều
được biểu hiện trong lớp biểu mô, đồng thời mức độ biểu hiện của keratin đặc
hiệu biểu mô có mối tương quan với các đồng phân PAX6. Các nghiên cứu
dựa trên sự tăng cường biểu hiện cho thấy dường như PAX6 chính tắc kích
thích KRT3, trong khi PAX6(5a) kích thích sự biểu hiện KRT12 thơng qua
mỗi tiểu vùng tương ứng của chúng [35].
Mặc dù các đồng phân PAX6 có thể có các vai trị độc lập và các đích
tác động khác nhau trong sự phát triển mắt, sự tồn tại của một hệ thống phản
hồi dương giữa Pax6 và Pax6(5a) ở chuột đã được báo cáo [36]. Hơn nữa, tỷ
lệ biểu hiện giữa hai đồng phân có vẻ cần thiết cho sự phát triển bình thường
của mắt, và tỷ lệ thay đổi liên quan tới bất thường mắt và não [37].
1.2.2.

Sự điều hoà PAX6

Do sự tương đồng cao giữa Pax6 ở chuột, ruồi giấm, hoặc chim cút với
PAX6 ở người, những sinh vật này được sử dụng rộng rãi như các hệ thống
mơ hình để nghiên cứu và tìm hiểu chức năng cũng như mạng lưới điều hồ
phức tạp của gen này. Hai promoter chính tham gia vận hành phiên mã PAX6
là P0 và P1. Promoter Pα nằm trong gen tham gia với mức độ thấp hơn và tạo
ra nhiều bản phiên mã mà mã hoá cho các đồng phân khác nhau (hình 1.2)
[38, 39]. Các thí nghiệm lai huỳnh quang tại chỗ trong mắt chuột đang phát
triển cho thấy promoter P0 khởi đầu sự biểu hiện gen ở biểu mô giác mạc và
biểu mô kết mạc, tấm thuỷ tinh thể, và võng mạc, trong khi promoter P1 chủ
yếu khởi động phiên mã trong tấm thuỷ tinh thể, túi thị giác, và hệ thần kinh
trung ương, nhưng chỉ yếu ở giác mạc và kết mạc. Pα trực tiếp biểu hiện trong
các tế bào amacrine của võng mạc, thể mi, và mơ mống mắt [39].
Tuy nhiên, sự điều hồ biểu hiện PAX6 theo kiểu đặc hiệu mô hoặc thời
gian vẫn còn nhiều vấn đề chưa được giải đáp rõ ràng. Hơn nữa, khơng có
mối liên hệ trực tiếp giữa promoter và sự biểu hiện của các bản phiên mã đặc
biệt. Ở chuột, P0 và P1 cùng khởi đầu sự biểu hiện của các bản phiên mã
Pax6 và Pax6(5a), trong khi các bản phiên mã được tạo ra bởi Pα dường như

Luan van


13
liên quan trực tiếp tới đồng phân Pax6∆PD [38]. Những kết quả này chỉ ra
rằng có thành phần điều hồ bổ sung mà hoạt động cùng với các promoter
trong kiểu điều hoà và biểu hiện phức tạp của PAX6. Vùng điều hoà bảo thủ
cis đã được xác định nằm cả hai chiều xuôi và ngược với gen PAX6 như được
tổng hợp trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Các thành phần điều hoà bảo thủ và sự điều hoà biểu

hiện trong và ngoài mắt của gen PAX6 [26].
Thành phần
điều hồ

Khoảng
cách tới
PAX6
(Kb)

Vị trí

Sự biểu hiện mắt

Sự biểu hiện ngoài mắt
Não trung gian, đại não,
tuyến tùng
Hạch bán nguyệt, thần kinh
rễ sau tuỷ sống

Tha
m
khả
o

RB

-215

IT ELP4

E180B

-176

IT ELP4

HS8B

-177

IT ELP4

[24]

HS8A

-176

IT ELP4

[24]

HS6

-172

IT ELP4

võng mạc thần kinh

Các cấu trúc thần kinh

[41]

HS5

-168

IT ELP4

Đài thị giác và võng mạc thần kinh

Não trung gian

[41]

HS3

-162

IT ELP4

Võng mạc thần kinh

HS2

-161

IT ELP4

Võng mạc thần kinh
Thuỷ tinh thể và võng mạc thần
kinh

RGC và thần kinh thị giác

SIMO

-153

IT ELP4

E120

-126

IT ELP4

E100

-104

IT ELP4

Võng mạc thần kinh

E60A

-54

IT ELP4

Đài thị giác và võng mạc thần kinh

7CE1

-18

IT PAX6

NRE

-13

IT PAX6

Sự phát triển mắt giai đoạn muộn
Võng mạc thần kinh, thể mi, mống
mắt

0CE1

-1

agCNE14 (P2)

[31]
[48]

[24]

[24]
Não trung gian, não sau, ống
thần kinh
Khứu giác, não
Não trung gian, vùng khứu
giác
Cấu trúc thần kinh

[24]
[48]
[42]
[41]
[78]
[38]

5’UTR
PAX6

[25]
Tuyến tuỵ

4
Giác mạc, thuỷ tinh thể, kết mạc và
tuyến lệ

[48]

EE

5

agCNE12 (P)

7

Đảo tuỵ

[78]

agCNE11
agCNE10 (Up9)
agCNE9 (Up10)
Mouse-like
Paupar

8

Tuyến tùng

[48]

9

Khơng có kiểu đặc hiệu

[48]

Tuyến tùng

[48]

12

[38]

54

[79]

PE3 (E-52)

57

E-55/C

59

Tuyến tuỵ và não đang phát
triển
Khơng có kiểu đặc trưng

E-55B

60

Khơng có kiểu đặc trưng

[48]

E-55/A

70

Não sau

[48]

Luan van

[80]
[48]


14
Khơng có kiểu đặc trưng
Tuyến tuỵ đang phát triển,
đường khứu giác, tiểu não,
não sau

[48]

178

Não trước

[48]

186

Não sau

[48]

agCNE3

214

Khứu giác

[48]

E200

214

[80]

agCNE1

224

E250

247

Khứu giác, tiểu não
Hạch bán nguyệt, rễ thần
kinh tuỷ sống
Khơng có kiểu đặc trưng

E-72

71

PE4 (E120)
agCNE5
(Id855)
agCNE4

110

[80]

[48]
[48]

Chú thích: IT – Intron; RGC – Tế bào hạch võng mạc

Vùng điều hoà tăng cường (EE) nằm bên ngoài, ngược với gen và cách
promoter P0 khoảng 3.5 Kb. EE tham gia vào điều khiển sự biểu hiện PAX6
trong quá trình phát triển của bề mặt các mơ có nguồn gốc ngoại bì (thuỷ tinh
thể, giác mạc, kết mạc) [36, 38]. Ở chuột, người ta thấy rằng Pax6 tương tác
trực tiếp với EE đối với cơ chế tự điều hoà, nhưng nó cũng có thể tương tác
với Sox2 và Sox3, đây là các nhân tố phiên mã có mặt trong quá trình phát
triển thuỷ tinh thể và mắt giai đoạn sớm [36]. Phức hệ Pax6-Sox2 có thể cũng
hoạt động trên vùng tăng cường của Sox2 là N-3, cho thấy một cơ chế tương
hỗ giữa hai nhân tố phiên mã trong điều hoà sự biểu hiện gen crystallin [40].
Ngoài EE, PAX6 cịn có một vùng điều hồ xi dịng quan trọng khác
là DRR, nằm trong vùng intron 7 tới 9 của gen ELP4 bên cạnh cách PAX6 tới
150 Kb. DRR chứa một vài thành phần bảo thủ mà nếu vắng mặt sẽ ảnh

hưởng sự biểu hiện PAX6 và sự phát triển bình thường của mắt [24, 31, 41,
42]. Mặc dù vai trò của tất cả các thành phần này vẫn chưa được khám phá,
nhưng DRR được cho là có vai trị tăng cường biểu hiện trong võng mạc và
mống mắt, vì mất đoạn vùng DRR ở chuột thủ tiêu hoàn toàn sự biểu hiện của
PAX6 trong cả hai mô, cũng như trong thể mi [31]. Mất đoạn DRR không
thay đổi nhiều sự biểu hiện PAX6 tại thuỷ tinh thể; hiện tượng này cũng được
quan sát khi mất vùng EE, nó chỉ khiến sự biểu hiện PAX6 trong thuỷ tinh thể
giảm chứ không bị triệt tiêu [43]. Kết quả từ những nghiên cứu này chỉ ra
rằng các vùng tăng cường tham gia điều hành phiên mã đặc hiệu mô [31].
Trong vùng DRR, có một thành phần tăng cường đặc hiệu dài 800 bp
được đặt tên là SIMO. SIMO có một đoạn trình tự có thể gắn kết với tiểu

Luan van