Các cơ chế sửa chữa dna và cơ chế hoạt động của thuốc ức chế parp trong điều trị ung thư

Các cơ chế sửa chữa DNA và cơ chế hoạt động của
thuốc ức chế PARP trong điều trị ung thư



Mở đầu

• Mỗi ngày, trong mỗi tế bào có từ 10.000 đến 100.000 vị trí trên chuỗi DNA
bị tổn thương

• Các tổn thương này mau chóng được sửa chữa bởi hệ thống các enzyme
trong TB có nhiệm vụ phát hiện và sửa chữa các tổn thương đó.

• Có nhiều kiểu tổn thương DNA, gây ra bởi:

• Nguyên nhân nội sinh: sai lệch khi DNA nhân đôi, khi base nucleic bị mất
gốc amin, khi DNA bị oxy hóa bởi các gốc tự do có oxy phản ứng mạnh,
được sản xuất từ sự chuyển hóa của TB…

• Ngun nhân ngoại sinh: nhiễm bức xạ ion-hóa, tia cực tím, hóa chất/ chất
độc, nhiễm virus, stress từ mơi trường, …



Nguyên nhân gây các kiểu tổn thương DNA

Base bắt cặp
sai hoặc khơng
có base để bắt
cặp

Gãy chuỗi
đơn

Tổn thương
1 base

Gãy chuỗi đôi
Liên kết
chéo giữa
2 nhánh

Liên kết chéo trong
nhánh hoặc adduct
kích thước lớn



Cơ chế sửa chữa các loại tổn thương DNA

Sửa lỗi
bắt cặp

sai

Cắt bỏ base sai Kết nối tận-tận không
đồng dạng,

Tái tổ hợp đồng dạng

Cắt bỏ nucleotid sai

bridge-
urologicalmalignancies.org.uk/post/robert-
hanson-breakfast-meeting



Quy trình sửa chữa DNA

• Các protein chức năng rà tìm, nhận diện các sai lệch, tổn thương, tại các
vị trí chính xác trên DNA

• Kêu gọi các protein chức năng khác đến thực hiện việc sửa chữa

• Cắt đoạn DNA ở một phía tổn thương. Cắt đoạn DNA ở phía bên kia của
tổn thương.  Loại bỏ đoạn DNA bị lỗi

• Kêu gọi các protein đến tổng hợp đoạn DNA mới dựa theo quy luật bắt
cặp từ nhánh DNA chị em

• Hồn tất việc sửa chữa



Các phân tử protein tham gia quá trình sửa chữa bắt cặp
sai trên DNA (MMR-Mismatch repair)

• Protein của các gen MMR: MSH2, MSH6, MLH1 và PMS2

• MSH2 + MSH6 = MutSα

• MLH1 + PMS2 = MutLα

• PCNA (proliferating cell nuclear antigen)

• RFC (replication factor C)

• Endonuclease

• Exonuclease

• Polymerase

• Ligase



Nives Pecina-Šlaus (2020) Frontiers-doi: 10.3389/fmolb.2020.00122

Cách MMR sửa lỗi bắt cặp sai trên DNA

1. Phân tử MutSα (phân tử nhị hợp MSH2-MSH6
ở người) hoặc MutSβ khởi động quá trình sửa
chữa bằng cách nhận diện và gắn vào vị trí bắt
cặp sai.

2. Các phân tử khác được huy động đến phức hợp
này, đầu tiên là MutLα (phân tử nhị hợp MLH1-
PMS2), kế đến là phân tử PCNA (proliferating
cell nuclear antigen) và phân tử RFC (replication

factor C).

3. PMS2 (men endonuclease) sẽ khởi động việc
cắt chuỗi DNA gần vị trí kết hợp sai, tạo ra sự
gãy chuỗi đơn và mở lối cho men exonuclease 1
(EXO1) vào cắt rời phần còn lại của đoạn kết
hợp sai

4. Men Polymerase (Polδ) sẽ tổng hợp đoạn DNA
mới dựa theo khuôn mẫu của chuỗi DNA chị
em.

5. Cuối cùng men Ligase sẽ hàn gắn đoạn DNA
mới này vào chuỗi DNA cũ  hồn tất q trình
sửa chữa



Cơ chế sửa chữa base sai/ nucleotid sai

DNA glycosylase là men
nhận diện và lấy đi base bị
tổn thương trên DNA bằng
cách cắt liên kết giữa base và
phân tử đường.
Tiếp sau đó các enzyme tổng
hợp và hàn gắn sẽ tái tạo lại
đoạn nucleotid hoàn chỉnh

NER là cách sửa chữa đặc

hiệu cho các tổn thương lớn
trên DNA, gây ra bởi tia cực
tím

Scholarly Community Encyclopedia-

UV light



Cơ chế sửa chữa gãy nứt

chuỗi đơn/ chuỗi đôi DNA



Câu chuyện của Angelina Jolie

Diễn viên điện ảnh Hollywood Angelina Jolie có mẹ, bà
ngoại và dì ruột mất vì UT buồng trứng, UT vú và bản thân
Angelina mang gen BRCA1 đột biến.
Cơ ước tính nguy cơ cơ sẽ bị UT vú vì đột biến di truyền
này là 87% và nguy cơ UT buồng trứng là 50% trong suốt
cuộc đời của cô. Cô đã quyết định phẫu thuật đoạn nhũ
hai bên và tái tạo tuyến vú vào tháng 2/2013. Tháng 3/2015
cô cắt bỏ thêm 2 buồng trứng.
Câu chuyện của cơ gây ra một hiệu ứng trên tồn thế giới
(Angelina Jolie effect).

Từ năm 2013, xét nghiệm gen trở nên phức tạp hơn,

nhiều gen khác BRCA1, BRCA2, có khả năng gia tăng
nguy cơ UT vú, được phát hiện.



Chức năng của gen BRCA1 và BRCA2
trong điều kiện bình thường

• Ở người, các gen BRCA1 và BRCA2 nắm mã cho việc sản xuất các
protein có chức năng ức chế bướu (tumor suppressor gene).

• BRCA viết tắt từ Breast Cancer, do vai trò của gen này được tìm ra lần
đầu tiên từ bệnh UT vú, năm 1994 và năm 1995.

• Mọi người, nam cũng như nữ, ai cũng có gen BRCA1,2 hoạt động để sửa
chữa những nứt gãy của chuỗi đơi DNA, góp phần kiểm sốt sự nhân đơi,
tăng trưởng tế bào.



Vị trí gen BRCA1,2 trong bộ nhiễm sắc thể người

BRCA1: 17q21 BRCA2:13q12.3

Khác vị trí
nhưng cùng

kiểu hình

Cắt bỏ
base sai
(BER)

Cơ chế
sửa chữa

Cắt bỏ
nucleotid

sai
(NER)

Kết nối không
tương đồng(NHEJ)

Sửa chữa tái tổ hợp
tương đồng(HRR)

Ghép cặp sai,
chèn đoạn,

mất đoạn nucletoid

Gắn với
độc chất

Gãy chuỗi đơn Gãy chuỗi đôi

Gồm ATM, BRCA1/2,
PALB2, CHEK1/2, RAD51

Sửa lỗi
ghép cặp sai

(gồm
MSH2, MLH1)

ATM=ataxia telangiectasia mutated; BER=base excision repair; BRCA1/2=breast cancer gene 1/2; CHEK1/2=checkpoint kinase 1/2; HRR=homologous recombination repair; MLH2=MutL Homolog 1; MSH2=MutS protein homolog 2; NER=nucleotide excision repair;
NHEJ=non-homologous end joining; PALB2=partner and localiser of BRCA2.
1. Lord CJ and Ashworth A. Nature. 2012;481:287–293; 2. O’Connor MJ. Mol Cell. 2015;60:547–560.

Sửa chữa tái tổ hợp tương đồng (HRR)
là cơ chế chính trong sửa chữa đứt gãy chuỗi đơi DNA

Nhắc lại các kiểu tổn thương DNA và cơ chế sửa chữa

(bao gồm
PARP)



Sửa chữa đứt gãy chuỗi đôi DNA

Cơ chế tái tổ hợp tương đồng
(Homologous recombination repair – HRR)

Cơ chế kết nối không tương đồng
(Non-homologous end joining – NHEJ)

Những con đường sửa chữa chính cho tổn thương nứt gãy
chuỗi đơi DNA

Slide credit: clinicaloptions.comAparicio. DNA Repair (Amst). 2014;19:169.

BRCA1 khóa 53BP1,
Phức hợp MRE11 bám vào đầu tự do của 2 sợi đơn

53BP1 không cho MRE11 gắn vào đầu tự do

Kết nối khơng tương đồng

2 đầu của chỗ gãy dính lại vào nhau

Tái tổ hợp tương đồng

BRCA2 huy động RAD51, PALB2

BRCA1

Sister chromatid

53BP1
MRE11

Sửa chữa làm hồi phục
DNA như cũ

Sửa chữa làm mất đoạn DNA

53BP1

BRCA2 PALB2 BRCA1



Cơ chế sửa chữa DNA của BRCA1 và BRCA2
(Tái tổ hợp tương đồng - HRR)

1- Đứt gãy cả 2 nhánh của chuỗi DNA

2- Protein BRCA khởi động cắt đoạn
DNA bị tổn thương theo hướng 5’ đến 3’

3- Protein BRCA2 phối hợp RAD51 và
PALB2 tạo ra các sợi quấn quanh đoạn
DNA cần sửa chữa

4- Chuỗi nhiễm sắc thể “chị em” sẽ tiến
sát gần để cung cấp thông tin giúp tổng
hợp đoạn DNA mới

5- Hai nhánh DNA chuyển vị trí, DNA
mới được tổng hợp và hàn gắn lại cho
hoàn chỉnh

6- Việc sửa chữa chuỗi DNA hoàn tất

Hệ quả khi gen sửa chữa DNA bị đột biến

Nếu việc sửa chữa
DNA khơng hồn chỉnh
 sản xuất các protein
bất thường, có thể dẫn
đến ung thư



Khi nào đột biến BRCA1,2 gây ra ung thư?

• Mỗi tế bào đều có 2 bản
sao (cặp allele) của
BRCA1 và BRCA2

• UT chưa xảy ra nếu chỉ
đột biến trên một allele.
Khi cả hai allele bị đột
biến, TB sẽ trở nên ác
tính.

• BRCA 1,2 có độ thấm
cao (penetrance) đối
với vú, buồng trứng, nên
khi bị đột biến, xác suất
cao biểu hiện ra kiểu

hình.

BRCA1BRCA2



Đột biến mắc phải

• Là đột biến trên tế bào sinh dưỡng

• Một người phát hiện UT và tiền sử gia
đình trực hệ bậc 1, bậc 2, khơng ai
mắc bệnh UT đó

• Khi xét nghiệm tìm đột biến gen chỉ
thấy đột biến trên tế bào bướu mà
khơng có trên tế bào bình thường khác



Đột biến di truyền

• Là đột biến dịng mầm, xuất phát từ
tế bào sinh dục từ cha hoặc từ mẹ

• Khi một người phát hiện UT và tiền
sử gia đình trực hệ bậc 1, bậc 2, có
nhiều người mắc bệnh UT đó

• Khi xét nghiệm tìm đột biến gen,

thấy ngồi đột biến trên tế bào bướu
của BN, cịn có trên tất cả tế bào
khác trong cơ thể, dưới dạng dị
hợp tử



Nguy cơ di truyền khi có đột biến gen BRCA 1,2 dịng mầm

• ~ 50% số con của BN có thể mang gen BRCA đột biến

• Người mang gen đột biến có nguy cơ:

BRCA1 BRCA2

• Ung thư vú (cho đến tuổi 80) 50-85% 50-85%

• Ung thư buồng trứng (cho đến tuổi 80) 20-60% đến 27%

• Ung thư vú ở nam Tăng nhẹ ~ 6%

Daly MD: NCCN 2002 genetic/familial high-risk assessment clinical practice guidelines in oncology



PARP là gì?

• Viết tắt từ Poly [ADP-Ribose] Polymerase

• Là protein được nắm mã bởi gen PARP

• Chức năng của PARP là nhận diện các tổn thương chuỗi đơn DNA

và huy động các yếu tố sửa chữa DNA, để:

• Cắt bỏ base sai (BER – Base excision repair)

• Cắt bỏ nucleotide sai (NER - Nucleotide excision repair)

• Sửa lỗi ghép cặp sai (MMR - Mismatch repair)

• Tái tổ hợp tương đồng và kết nối không tương đồng (HRR và NHEJ)

Pascal JM (November 2018). "The comings and goings of PARP-1 in response to DNA damage". DNA Repair. 71: 177–182.



Mối liên hệ giữa PARP và BRCA

• Trong các tế bào có BRCA1 hoặc 2 khơng hoạt động  có sự gia tăng
hoạt động của PARP để sửa chữa các tổn thương DNA

• Ngược lại, trong các tế bào có PARP bị ức chế  con đường tái tổ hợp
tương đồng gia tăng hoạt động

Poly(ADP-ribose) Polymerase (PARP-1) in Homologous Recombination and as a Target for Cancer Therapy - />


PARP phát hiện tổn thương chuỗi đơn DNA và huy động các
protein sửa chữa DNA đến vị trí tổn thương

Ohmoto. Onco Targets Ther. 2017;10:5195. Murai. Cancer Res. 2012;72:5588-5599.
Murai. Mol Cancer Ther. 2014;13:433-443. Pommier. Sci Transl Med. 2016;8:362ps17.

Gãy chuỗi đơn DNA PARP1
bám vào DNA

PARP1 huy động
các đồng yếu tố
để sửa chữa DNA

Lig3

XRCC1

POLβ

PNK
PARP PARP

PARP1 tự biến đổi
để tách khỏi DNA

Quá trình sửa chữa
hồn tất

Chú ý
 PARP1 phải tự biến đổi để tách khỏi DNA
 Thuốc ức chế PARP khiến PARP bị gắn chặt vào DNA

PARP

Slide credit: clinicaloptions.com



Tổn thương
chuỗi đơn

PARP 1 chạy đến
nhưng bị PARP-I bẫy

nên dính chặt vào
tổn thương

Chuỗi DNA mở xoắn để nhân đơi, nhưng
thất bại vì vướng phức hợp PARP-PARP-i.
và gây thêm nứt gãy chuỗi đôi

Nếu BRCA 1.2 không bị đột biến, cơ chế tái tổ hợp tương đồng hoạt
động tốt, tổn thương chuỗi đôi sẽ được sửa chữa

Nếu cơ chế tái tổ hợp tương
đồng cũng bị khiếm khuyết thì
tế bào sẽ chết!



Thuốc ức chế PARP (PARP-inhibitor) và cơ chế hoạt
động trong tế bào UT có đột biến BRCA1/2

• PARP-inhibitors: olaparib, niraparib,
rucaparib

• Thuốc ức chế hoạt động của PARP khóa
chặt PARP vào vị trí tổn thương DNA.Từ
tổn thương chuỗi đơn khơng sửa chữa
được, DNA sẽ chuyển thành tổn thương
chuỗi đơi.

• Trong tế bào có gen BRCA đã bị đột biến,
khơng hoạt động, nếu thêm PARP bị khóa
chặt vào vị trí tổn thương  DNA không
được sửa chữa  tế bào sẽ chết.

/>


Tế bào bình thường

Sửa chữa tái tổ
hợp tương đồng

Sửa chữa gãy sợi
đơn DNA

Tế bào bình thường
+ ức chế PARP

Khiếm khuyết

tái tổ hợp tương đồng + ức chế PARP

Khiếm khuyết
tái tổ hợp tương đồng

Tế bào
sống sót

Ashworth. J Clin Oncol. 2008;26:3785. Lord. Nat Rev Cancer. 2016;16:110. Lord. Science. 2017;355;1152. Slide credit: clinicaloptions.com

Nguyên lý của “Tính gây chết tổng hợp”- Synthetic lethality

Chức năng bình thường

Bị mất chức năng



Tính gây chết tổng hợp– Synthetic lethality
trong trường hợp đột biến BRCA thể di truyền

• Trong trường hợp đột biến BRCA thể di truyền, các TB UT nếu bị mất
chức năng của cả 2 gen (BRCA và PARP) thì TB UT sẽ chết ( Tính gây
chết tổng hợp – Synthetic Lethality)

• Trong khi các TB khác trong cơ thể vẫn còn 1 allele của gen BRCA chưa
bị đột biến nên vẫn sống sót.

Kết luận

• Tế bào ở điều kiện bình thường có những cơ chế để sửa chữa những
kiểu tổn thương trên DNA.

• Khiếm khuyết những cơ chế sửa chữa này có thể dẫn đến nhiều loại bệnh
lý, trong đó có bệnh UT.

• Ngày nay y học đang nghiên cứu cách ứng dụng chính các khiếm khuyết
này như là những đích để điều trị một số bệnh UT, nổi bật hiện nay là
khiếm khuyết chức năng tái tổ hợp tương đồng (HRD) và việc điều trị
bằng thuốc ức chế PARP (PARPi), trong UT vú, UT tụy, UT tuyến tiền liệt
và hiệu quả nhất là UT buồng trứng dịch trong, grad cao.



Chân thành cảm ơn