Khảo sát ảnh hưởng của cadmium lên kiểu phân loại và tần số sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho người chiếu bức xạ gamma

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



NGUYỄN THỊ PHƯƠNG TRANG



KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CADMIUM
LÊN KIỂU PHÂN LOẠI VÀ TẦN SỐ SAI HÌNH
NHIỄM SẮC THỂ Ở TẾ BÀO LYMPHO NGƯỜI
CHIẾU BỨC XẠ GAMMA


CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN HỌC
MÃ SỐ: 60 42 70


LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN QUẾ


THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2010


LỜI CẢM ƠN !

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Quếø – trưởng phòng
Công Nghệ Sinh học – Viện Nghiên cứu Hạt nhân – Đà Lạt, người thầy
đã hết lòng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và quan tâm rất nhiều để tôi có
thể hoàn thành được luận văn.
Cảm ơn các cô, chú, anh chò phòng Công Nghệ Sinh Học – Viện
Nghiên cứu hạt nhân – Đà Lạt đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên tôi vượt
qua khó khăn trong công việc.
Cảm ơn các thầy cô, anh chò phòng SĐH – Trường Đại Học Khoa
Học Tự Nhiên TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ cho tôi trong quá trình học
tập.
Cảm ơn cha mẹ, gia đình và các bạn bè, đồng nghiệp đã hỗ trợ tinh
thần cho tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành công việc, tiếp bước và thành
công trong cuộc sống, sự nghiệp .


Xin chân thành cảm ơn !



Luận văn Thạc só 1
Nguyễn Thò Phương Trang
MỞ ĐẦU
Sự ra đời của kỹ thuật nuôi cấy tế bào lympho máu ngoại vi người năm
1960 được đánh giá là một trong ba chìa khoá mở ra sự phát triển về di truyền
học, y học, miễn dòch học của thế kỷ XX. Với đặc điểm tồn tại không phân chia,
tế bào lympho có khả năng bảo toàn sai hình nhiễm sắc thể trong suốt đời sống
trong cơ thể, và cũng chính đặc điểm này đảm bảo sự tương đồng giữa tác động
in vivo và in vitro. Năm 1982, Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế
(IAEA) chọn kỹ thuật phân tích sai hình nhiễm sắc thể cho việc xác đònh liều

lượng phóng xạ tác động lên cơ thể. Sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho
cũng được sử dụng như một biomarker làm chỉ thò và đánh giá mức độ nhiễm
bẩn độc môi trường.
Sai hình nhiễm sắc thể được hình thành từ tổn thương phân tử ADN, như
vậy bằng kỹ thuật phân tích kiểu sai hình có thể xác đònh được nguyên nhân
nhiễm bẩn môi trường. Kiểu hình của sai hình nhiễm sắc thể phụ thuộc vào 3
quá trình sinh học: tổn thương phân tử ADN, phục hồi tổn thương và chu trình
phân bào. Trong thực tế phân tích đònh lượng thì “nhiễu” luôn là khó khăn cần
khắc phục, sự có mặt của các yếu tố ngăn cản phục hồi tổn thương phân tử ADN
trong môi trường là một trở ngại đối với công tác đònh liều sinh học cũng như
đánh giá mức độ nhiễm bẩn khác.
Cadmi thuộc nhóm chất độc bền có khả năng tích lũy sinh học ( PBT –
persistent, Bioaccumulative and Toxic chemical), được xếp vào loại hoá chất cực
độc đối với con người. Cadmi được xác đònh là một mutagen, là thành phần
nhiễm bẩn môi trường quan trọng, có khả năng gây tổn thương phân tử ADN và
để lại những di chứng di truyền trong các vùng nhiễm bẩn. Số liệu khảo sát các
cộng đồng dân cư nhiễm bẩn cadmi cũng như arsen cho số liệu không thống nhất
Luận văn Thạc só 2
Nguyễn Thò Phương Trang
và không có sự liên quan chặt chẽ với mức độ nhiễm bẩn, điều này đặt ra giả
thiết cadmi chỉ là yếu tố “nhiễu” làm sai lệch số liệu do yếu tố khác gây nên.
Nghiên cứu tác động phối hợp cadmi với chiếu bức xạ gamma nhằm vào các
mục tiêu:
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
* Xác đònh khả năng mutagen, kiểu gây tổn thương phân tử ADN của cadmi.
* Xác đònh mức độ ảnh hưởng của cadmi lên kiểu phân loại và tần số sai hình
nhiễm sắc thể ở tế bào lympho chiếu bức xạ gamma.
* Biện pháp xử lý số liệu đònh liều sinh học khi có “nhiễu”.
* Cảnh báo nguy cơ độc hại kép của cadmi đối với các công việc tiếp xúc với
các yếu tố độc di truyền như hoá chất thí nghiệm, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật,

đặc biệt là phóng xạ.
CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯC
* Ảnh hưởng của các nồng độ cadmi lên chỉ số phân bào nguyên nhiễm tế bào
lympho nuôi cấy in vitro.
* Ảnh hưởng của cadmi lên kiểu phân loại và tần số sai hình nhiễm sắc thể ở tế
bào lympho chiếu bức xạ gamma.
ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN
Kết quả nghiên cứu tác động kép của cadmi lên tế bào lympho chiếu bức
xạ gamma chưa có công trình công bố trước đó, kết quả này đã được đăng trong
tạp chí (
Int. J. Low Radiation, Vol. 7, No. 2, 2010).
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Danh mục bảng
Danh mục hình
Danh mục chữ viết tắt Trang
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Phân tử ADN, nhiễm sắc thể, bộ nhiễm sắc thể người 3
1.1.1. Phân tử ADN 3
1.1.2. Nhiễm sắc thể (NST) 4
1.1.3. Bộ nhiễm sắc thể người 5
1.2. Các tác nhân gây tổn thương phân tử ADN 7
1.2.1. Tổn thương phân tử ADN do tia tử ngoại (UV) 8
1.2.2. Tổn thương phân tử ADN do bức xạ ion hóa 9
1.2.3. Tổn thương phân tử ADN do các tác nhân hóa học 10
1.3. Khả năng và các cơ chế phục hồi tổn thương phân tử ADN 11
1.4. Sai hình nhiễm sắc thể và cơ sở phân loại 13
1.4.1. Sai hình nhiễm sắc thể 13
1.4.2. Cơ sở phân loại và cơ chế hình thành sai hình nhiễm sắc thể 13

1.5. Tế bào lympho máu ngoại vi người và khả năng sử dụng kỹ thuật phân tích
sai hình NST trong nghiên cứu tác động của mutagen và ứng dụng 20
1.6. Cadmi 21
1.6.1. Cadmi, sự nhiễm bẩn của cadmi cũng như các hoá chất nhóm PBT
trong môi trường 21
1.6.2. Khả năng mutagen của cadmi cũng như các hoá chất nhóm PBT 22

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
2.1. Đối tượng nghiên cứu 26
2.2. Phương pháp nghiên cứu 26
2.2.1. Phương pháp nuôi cấy tế bào lympho máu ngoại vi người 26
2.2.2. Phương pháp cố đònh tế bào, làm tiêu bản hiển vi 29
2.2.3. Thiết kế thí nghiệm xử lý cadmi, gamma 30
2.3. Phương pháp phân tích sai hình nhiễm sắc thể 35
2.4. Phương pháp xử lí số liệu 38

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 40
3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của cadmi (Cd
2+
) lên chỉ số phân bào nguyên
nhiễm và sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho người phơi nhiễm in vitro liều
đơn 40
3.1.1. Chỉ số phân bào nguyên nhiễm ở tế bào lympho xử lý cadmi liều đơn40
3.1.2. Sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho xử lý cadmi liều đơn 43
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ gamma lên chỉ số phân bào nguyên
nhiễm và sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho người phơi nhiễm in vitro liều
đơn. 44
3.2.1. Chỉ số phân bào nguyên nhiễm ở tế bào lympho chiếu bức xạ gamma44
3.2.2. Sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho chiếu bức xạ gamma 46
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của cadmi (Cd

2+
) lên chỉ số phân bào nguyên
nhiễm và sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho người phơi nhiễm in vitro kết
hợp chiếu bức xạ gamma 50
3.3.1. Chỉ số phân bào nguyên nhiễm ở tế bào lympho xử lý cadmi phối hợp
với chiếu bức xạ gamma 50
3.3.2. Sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho xử lý cadmi phối hợp với
chiếu bức xạ gamma 54

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Thiết kế các tổ hợp thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của cadmi lên tế
bào lympho in vitro.
Bảng 2.2: Các tổ hợp thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng phối hợp của cadmi và bức
xạ gamma lên tế bào lympho người.
Bảng 3.1: Số liệu khảo sát chỉ số phân bào nguyên nhiễm của tế bào lympho trên
hệ thống thử nghiệm máu toàn phần xử lý liều đơn cadmi.
Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của chỉ số phân bào nguyên nhiễm vào liều bức xạ
gamma.

Bảng 3.3: Tần số các kiểu sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào lympho chiếu bức xạ
gamma.
Bảng 3.4: Số liệu khảo sát chỉ số phân bào nguyên nhiễm ở tế bào lympho xử lý
phối hợp cadmi / bức xạ gamma.
Bảng 3.5: Số liệu khảo sát tần số các kiểu sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào
lympho xử lý phối hợp cadmi và bức xạ gamma.

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc xoắn kép của phân tử ADN.

Hình 1.2: Cầu nối hydrogen giữa các cặp A – T và G – C.
Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo và các mức độ nén của NST.
Hình 1.4: Bảng phân nhóm bộ NST người.
Hình1.5 a: Karyotype người nữ bình thường
Hình1.5 b: Karyotype người nam bình thường.
Hình 1.6: Các kiểu tổn thương phân tử ADN
Hình 1.7: Các kiểu sai hình do tổn thương chuỗi đôi kép trên 2 NST.

Hình 1.8: Các kiểu sai hình hình thành từ đứt gãy đôi kép trên 3 NST.

Hình1.9a: Các kiểu sai hình hình thành từ đứt gãy đôi kép trên 2 vai của 1NST.

Hình 1.9b: Các kiểu sai hình hình thành từ đứt gãy đôi kép trên 1 vai của 1 NST.

Hình 1.10: Các kiểu sai hình radical do SSB trên 2 NST trước pha S.
Hình 1.11: Các kiểu sai hình radical do 2 đứt gãy đơn kép trên 3 NST .

Hình 1.12: Các sai hình do đứt gãy đơn kép trên cùng vai của 1 NST .

Hình 1.13a: Các kiểu sai hình NST do đứt gãy đơn kép trên 2 sợi đơn khác vai
Hình 1.13b: Các kiểu sai hình NST do đứt gãy đơn kép trên 1 sợi đơn khác vai.
Hình 1.14: Cadmi dưới dạng đơn chất.
Hình 3.1: Biểu đồ chỉ số phân bào nguyên nhiễm của tế bào lympho máu ngoại
vi xử lý đơn cadmi.
Hình 3.2: Sai hình đa tâm phát hiện ở tổ hợp 3

Hình 3.3: Sai hình minute phát hiện ở tổ hợp 3

Hình 3.4: Sai hình đa tâm phát hiện ở tổ hợp 4

Hình 3.5: Sai hình minute phát hiện ở tổ hợp 4

Hình 3.6: Sai hình đa tâm phát hiện ở tổ hợp 7

Hình 3.7: Sai hình mảnh không tâm phát hiện ở tổ hợp 7

Hình 3.8: Sai hình đa tâm phát hiện ở tổ hợp 10

Hình 3.9: Sai hình mảnh không tâm phát hiện ở tổ hợp 10
Hình 3.10: Biểu đồ phân bố liều-hiệu ứng sai hình nhiễm sắc thể ở tế bào
lympho chiếu bức xạ gamma.

Hình 3.11: Biểu đồ chỉ số phân bào nguyên nhiễm in vitro ở tế bào lympho xử lý
phối hợp cadmi với bức xạ gamma.

Hình 3.12: Sai hình đa tâm kèm theo mảnh không tâm phát hiện ở tổ hợp 5

Hình 3.13: Sai hình minute phát hiện ở tổ hợp 8
Hình 3.14: Sai hình chuyển đoạn phát hiện tổ hợp 11

Hình 3.15: Sai hình minute phát hiện ở tổ hợp 12
Hình 3.16: Sai hình vòng có tâm và mảnh không tâm phát hiện ở tổ hợp 19.

Hình 3.17: Sai hình đa tâm kèm theo mảnh không tâm phát hiện ở tổ hợp 17

Hình 3.18: Sai hình mảnh không tâm phát hiện ở tổ hợp 20
Hình 3.19: Sai hình minute phát hiện ở tổ hợp 24
Hình 3.20: Biểu đồ tần số sai hình nhiễm sắc thể kiểu đa tâm (đỏ) và mảnh
không tâm (sáng) ở các tổ hợp xử lý cadmi và bức xạ gamma.
Hình 3.21: Hình vẽ mô tả các kiểu tổn thương phân tử ADN dẫn đến sai hình

nhiễm sắc thể.

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ADN :Acid Deoxyribonucleic
NST: Nhiễm sắc thể
A: Adenine
T: Thymine
G: Guanine
C: Cytosine
DSB: Double strand break
SSB: Single strand break
PHA: Phytohemaglutinine
PBT: Persistent, bioaccumulative and toxic chemical
IAEA: International Atomic Energy Agency
Luận văn thạc só 3
Nguyễn Thò Phương Trang
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Phân tử ADN, nhiễm sắc thể, bộ nhiễm sắc thể người.
1.1.1 Phân tử ADN.
ADN là một đại phân tử có cấu trúc xoắn kép với đường kính khoảng
2nm; là một polymer được hình thành từ các monomer gọi là nucleotit. Do cấu
trúc của các base mà cấu trúc của khung ADN bắt buộc liên kết hydrogen giữa
các base với nhau phải là các cặp liên kết giữa purine và pyrimidine (liên kết bổ
sung, hình 1.1 và hình 1.2). Đặc điểm cơ bản của cấu trúc này được tìm ra bởi
James Watson và Francis Crick vào năm 1953
[3], [4], [6], [33].

Hình 1.1: Cấu trúc xoắn kép của phân tử ADN.
Luận văn thạc só 4

Nguyễn Thò Phương Trang

Hình 1.2: Cầu nối hydrogen giữa các cặp (A – T) và (G – C).
Hàm lượng ADN trong nhân tế bào luôn là một hằng số ổn đònh, đặc trưng
cho mỗi loài và có khả năng tự tái bản một cách chính xác. Các acid nucleic hấp
thu rất mạnh tia tử ngoại, đặc biệt ở các bước sóng từ 254 - 260 nm. Vì vậy,
phân tử ADN mẫn cảm với tia tử ngoại hơn các đại phân tử sinh học khác. [4],
[5], [6], [33]
1.1.2 Nhiễm sắc thể (NST).
Khác với vi sinh vật (prokaryote), tế bào của sinh vật nhân thực
(eukaryote) chứa nhiều phân tử ADN, các phân tử ADN có cấu trúc đơn vò độc
lập gọi là NST. Mỗi NST chứa duy nhất một phân tử ADN, liên kết với các phân
tử protein (histon và khác histon) và co ngắn theo các bậc cấu trúc đặc biệt.
Với cấu trúc điển hình ở metaphase, mỗi NST có 1 tâm động và 2 vai (q-
vai dài, p – vai ngắn) (hình 1.3). Cuối mỗi vai là trình tự lặp lại bộ 6 TTAGGG.
Ngoài ra, ở các NST tâm mút còn quan sát thấy thể kèm, một cấu trúc độc lập
liên kết NST qua eo thứ cấp. [3], [6], [13], [33]
Luận văn thạc só 5
Nguyễn Thò Phương Trang

Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo và các mức độ nén của NST.
Toàn bộ NST trong một tế bào soma ở giai đoạn “metaphase” của mỗi
sinh vật được gọi là kiểu nhân hay karyotype của sinh vật đó. Karyotype được
biểu thò bằng các đặc điểm số lượng, kích thước tương đối, chỉ số tâm động, eo
thứ cấp (thể kèm), phân bố band của các NST.

Hình 1.4: Bảng phân nhóm bộ NST người.
1.1.3 Bộ nhiễm sắc thể người.
Ở người, bộ NST chứa toàn bộ bộ gen người với khoảng 3 tỷ cặp
nucleotide.

Luận văn thạc só 6
Nguyễn Thò Phương Trang
Bộ NST gồm 46 chiếc tồn tại thành từng cặp tương đồng trừ cặp NST giới
tính. Mỗi cặp NST trong genome đều mang tính đặc trưng về kích thước tương
đối và chỉ số tâm động. Bộ NST người được sắp xếp thành 7 nhóm theo kí tự A,
B, C, D, E, F và G.[9],[10],[14].






(a) (b)
Hình1.5: a.Karyotype người nữ bình thường b.Karyotype người nam bình
thường.
* Đặc điểm phân loại 3 cặp nhiễm sắc thể nhóm A : Cặp số 1: Kích
thước lớn nhất, có tâm giữa; Cặp số 2: Kích thước gần với NST số 1, tâm lệch;
Cặp số 3: Kích thước kém hơn NST số 1 và 2, tâm gần giữa.
* Đặc điểm phân loại 2 cặp nhiễm sắc thể nhóm B: Gồm 2 cặp NST
số 4 và số 5. Cặp số 4 dài hơn cặp số 5 một ít, cả 2 đều là tâm lệch với vai ngắn
tương đối ngắn so với cặp số 2.
Luận văn thạc só 7
Nguyễn Thò Phương Trang
* Đặc điểm phân loại 3 cặp nhiễm sắc thể nhóm C: Nhóm gồm 7 cặp
NST tâm lệch từ số 6 đến số 12 và NST giới tính X. Về kích thước, trật tự được
sắp xếp : 6-7-X-8-9-10-11-12.
* Đặc điểm phân loại 3 cặp nhiễm sắc thể nhóm D: Nhóm gồm 3 cặp
13, 14 và 15 với đặc trưng là nhóm NST tâm mút, luôn có thể kèm.
* Đặc điểm phân loại 3 cặp nhiễm sắc thể nhóm E: Gồm các cặp NST
số 16, 17 và 18. Cặp 16 có đặc điểm tâm gần giữa, cặp 17 và 18 tâm lệch hơn

cặp 16.
* Đặc điểm phân loại 3 cặp nhiễm sắc thể nhóm F: Gồm 2 cặp NST
số 19 và 20. Chúng dễ dàng được phân biệt với các cặp NST khác bởi kích thước
bé và vò trí tâm động ở giữa.
* Đặc điểm phân loại 3 cặp nhiễm sắc thể nhóm G: Gồm các cặp số
21, 22 và NST giới tính Y. Chúng đều là các NST tâm mút. Cặp số 21 và 22 đều
có thể kèm. Hai cặp NST này khó phân biệt, chỉ có thể phân biệt được chúng
bằng phương pháp nhuộm băng.
1.2 Các tác nhân gây tổn thương phân tử ADN.
Evans, Van Zeland, Natarajan đã sử dụng mô hình tổn thương phân tử
ADN sau đây để diễn tả tác động của các mutagen:
Luận văn thạc só 8
Nguyễn Thò Phương Trang

Hình 1.6: Các kiểu tổn thương phân tử ADN
1.2.1 Tổn thương phân tử ADN do tia tử ngoại (UV).
Tia tử ngoại (ultraviolet light), có bước sóng nằm trong khoảng 100 – 400
nm (tia
Rưntgen
có bước sóng từ 0,001 – 100 nm). Các nghiên cứu ở cấp độ phân
tử đã chứng minh khả năng gây tổn thương cấu trúc phân tử protein, màng tế
bào. Phân tử ADN có khả năng hấp thụ tia tử ngoại cao ở bước sóng 254 - 260
nm. Chính vì vậy, tia tử ngoại là một trong những tác nhân gây tổn thương phân
tử ADN. Hầu hết các tổn thương phân tử ADN do UV đều là pyrimidin dimer với
3 kiểu thymine dimer, cytosine dimer và thymine - cytosine dimer. Tổn thương
pirimidine - pyrimidone và liên kết protein – ADN cũng được phát hiện ở tế bào
chiếu tia tử ngoại.
Con đường phục hồi các tổn thương phân tử ADN do tia tử ngoại được
thực hiện bởi cơ chế quang hoạt và phục hồi trong tối. Sự khuyết phục hồi các
Luận văn thạc só 9

Nguyễn Thò Phương Trang
tổn thương này có thể dẫn đến việc tạo nên các tổn thương chuỗi đôi thứ cấp và
gián tiếp hình thành sai hình NST [25].
1.2.2 Tổn thương phân tử ADN do bức xạ ion hóa.
Bức xạ ion hóa là những tác nhân khi tác động lên vật chất có khả năng
gây nên hiện tượng ion hóa. Bức xạ ion hóa là một tập hợp nhiều loại bức
xạ(



,,
, ). Chúng có bản chất khác nhau, năng lượng, mật độ và độ xuyên
thấu khác nhau.
Bức xạ ion hóa tác động lên sinh học gây nên hiệu ứng sinh học. Hiệu
ứng sinh học phản ánh 3 quá trình tác động của bức xạ ion hóa, đó là quá trình
vật lý, quá trình hóa học và quá trình sinh học. Hiệu ứng sinh học được biết với
khái niệm đònh tính và đònh lượng. Hiệu ứng sinh học, như vậy, sẽ phụ thuộc vào
loại bức xạ ion hóa, liều lượng và suất liều. Trong các nghiên cứu hiệu ứng sinh
học, liều bức xạ ion hóa bao gồm các khái niệm: liều chiếu, liều hấp thụ và liều
tương đương. Liều tương đương là liều hấp thụ nhân với trọng số mô sinh học.
Bức xạ ion hóa gây tổn thương sinh học trực tiếp hoặc gián tiếp ở các cấp
độ phân tử, tế bào, cơ thể [23], [24].
Đối với phân tử ADN, bức xạ ion hóa gây tổn thương chuỗi phân tử ADN,
gồm các tổn thương chuỗi đơn (SSB), chuỗi đôi (DSB), các tổn thương bazơ nitơ.
Từ các tổn thương phân tử, bức xạ ion hóa gây nên các triệu chứng lâm sàng ở
sinh vật như nôn mửa, rối loạn tiêu hóa, ung thư, vô sinh, con cái khuyết tật …
Hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ ion hóa có thể phụ thuộc liều lượng (hiệu ứng
có ngưỡng, hiệu ứng tiền đònh) hoặc không có ngưỡng. Hiệu ứng di truyền là
một trong những loại hiệu ứng không có ngưỡng, tức không phụ thuộc vào liều
Luận văn thạc só 10

Nguyễn Thò Phương Trang
lượng bức xạ. Hiệu ứng gây chết tế bào là hiệu ứng có ngưỡng, phụ thuộc vào
liều lượng phóng xạ.[6], [14].
Các tổn thương chuỗi phân tử ADN là cơ sở để tạo nên sai hình NST. Các
kiểu sai hình NST phụ thuộc vào kiểu tổn thương phân tử ADN, phụ thuộc vào
số khả năng tái liên kết các đầu dính được tạo thành. Năm 1982, Cơ Quan Năng
Lượng Nguyên Tử Quốc Tế đã chọn hiệu ứng sai hình NST ở tế bào lympho
máu ngoại vi người làm tham số đònh liều phóng xạ. Cho đến nay, phương pháp
đònh liều sinh học sử dụng kỹ thuật phân tích sai hình NST đang được phổ biến
rộng rãi trên toàn thế giới [18].
1.2.3 Tổn thương phân tử ADN do các tác nhân hóa học.
Dựa trên bản chất tổn thương phân tử ADN có thể phân loại tác động của
hóa chất theo cơ chế tử ngoại và theo cơ chế bức xạ ion hóa. Theo cơ chế tử
ngoại, các chất hóa học gây tổn thương phân tử bằng các phản ứng cạnh tranh
như alkyl hóa, oxi hóa, methyl hóa, đề amin hóa, đề purine hóa. Các hoá chất
thuộc nhóm này bao gồm:
+ Nhóm các chất ức chế tổng hợp base trong cấu trúc ADN như: coffein,
ethyl uretan,
+ Nhóm các chất đồng đẳng với base như 5-bromuracil (5-BU),… chúng là
các base đồng dạng, gây sự liên kết nhầm khi tổng hợp.
+ Nhóm các chất alkyl hoá có khả năng cắt mạch ADN như nitrosoguadin
(NG), etylmethanesulfonate (EMS),
+ Nhóm các chất oxy hoá khử, có thể gây biến đổi trực tiếp trên ADN.
Luận văn thạc só 11
Nguyễn Thò Phương Trang
+ Nhóm các chất chèn vào phân tử ADN làm thêm hoặc mất base, gây
đột biến lệch khung [6], [7], [29], [33].
Theo cơ chế tác động bức xạ ion hóa, các tác nhân hóa học thuộc nhóm
này còn gọi là nhóm bắt chước phóng xạ (radiomimetic chemical agent). Thuộc
nhóm này có bleomicine, phleomicine, neocarzinostatin … và mới đây nhất là

công bố của Trần Quế về tác động kiểu bức xạ của dimethoat (hoạt chất trừ sâu
lân hữu cơ). Các loại hóa chất này có khả năng gây tổn thương chuỗi phân tử
ADN kiểu đứt gãy đôi và đứt gãy đơn, qua đó trực tiếp hình thành sai hình NST
[11], [18], [20].
Các khảo sát tại các vùng đân cư vùng nhiễm độc arsen (As) ở Ấn Độ,
Banglades, Chile đã phát hiện sai hình NST cao hơn bình thường. Các nghiên
cứu tính độc di truyền của các hợp chất As
3+
, As
5+
, Cd
3+
đã chứng minh khả năng
gây tổn thương phân tử ADN dẫn đến sai hình NST của chúng. Bản chất tác
động của As
3+
, As
5+
, Cd
3+
không chỉ giới hạn ở khả năng gây tổn thương mà còn
ức chế các enzim phục hồi; qua đó, làm trầm trọng hơn các tổn thương do các tác
nhân đột biến khác gây ra [18].
1.3 Khả năng và các cơ chế phục hồi tổn thương phân tử ADN.
Biểu hiện kiểu sai hình NST phụ thuộc 3 cơ chế sinh học chủ yếu: kiểu
tổn thương phân tử ADN, phục hồi tổn thương và chu trình phân bào [37]. Phục
hồi tổn thương phân trử ADN là một đặc điểm quan trọng của sinh vật, đã được
phát hiện ở cả sinh vật nhân sơ lẫn sinh vật nhân chuẩn. Các tổn thương theo
kiểu UV được phục hồi chủ yếu theo cơ chế quang hoạt, cắt bỏ hoặc dung nạp.
Các tổn thương base và các tổn thương liên kết đều được phục hồi theo cơ chế

Luận văn thạc só 12
Nguyễn Thò Phương Trang
cắt lọc. Các tổn thương chuỗi đơn được phục hồi theo cơ chế liên kết bổ sung.
Phục hồi tổn thương chuỗi đôi cũng đã được phát hiện ở một số vi khuẩn kháng
xạ như Dinococcus radiodurans theo cơ chế tái liên kết các đầu dính. Nhiều loại
enzim phục hồi có ở sinh vật nhân sơ đã được phát hiện ở sinh vật nhân chuẩn.
Một trong những phát hiện gần đây được công bố bởi Heartlein và Preston khi
thêm enzim Cytosine Arabinose (AraC) vào môi trường nuôi cấy tế bào lympho
chiếu bức xạ LET thấp (sử dụng tia gamma) thấy tần số đứt gãy chuỗi đôi tăng
lên. Natarajan, Van Zeland giải thích rằng, quá trình phục hồi các tổn thương
base đã bò khuyết hoặc nhầm dẫn đến sự lạm dụng quá mức enzim cắt lọc làm
cho chuỗi mang tổn thương bò khoét rộng quá mức tạo nên tổn thương chuỗi đôi.
[34], [35]
Một số chất hóa học như dung môi gốc benzen, các hợp chất của arsen,
cadmi, muối kim loại nặng,… không những có khả năng gây tổn thương phân tử
ADN mà còn có khả năng ức chế enzim hoặc làm sai lệch quá trình phục hồi tổn
thương phân tử ADN do các tác nhân khác gây ra [19]. Cadmi là một hóa chất
được liệt vào nhóm chất độc bền có khả năng tích lũy sinh học (PBT –
persistent, bioaccumulative and toxic chemical). Flessel (1997) với thí nghiệm
trên vi sinh vật đã công bố các hợp chất arsen, crom, molipden gây ảnh hưởng
đến tính chính xác của quá trình phục hồi. Hamadedeh (2002) phát hiện As
3+

làm giảm biểu hiện của gen p53 và gen liên kết ADN - protein liên quan đến
phục hồi tổn thương ADN ở người [21], [22]. Jha (1992) sử dụng tế bào lympho
người xử lý phối hợp arsen với chiếu bức xạ Rơngen cho thấy có sự giảm quá
trình phục hồi, ức chế hoạt tính enzim ligase, tăng sao chép tái tạo, tăng tổn
thương do UV hoặc Rơngen [22], [23]. Các thí nghiệm của Danaee (2004), Tapio
(2005), Chen (2005) không những khẳng đònh sự ảnh hưởng của hợp chất arsen
Luận văn thạc só 13

Nguyễn Thò Phương Trang
lên hệ thống phục hồi tổn thương phân tử ADN mà còn xác nhận tính đa dạng về
cơ chế tác động của chúng lên hệ thống này ở các tế bào khác nhau [18 ].
Mặc dù còn ít số liệu nghiên cứu về cadmi hơn so với các nghiên cứu đã
được tiến hành trên arsen. Tuy nhiên, khi cadmi được xếp cùng nhóm hoá chất
độc như arsen thì những nghi vấn về nó như là một tác nhân có vai trò ức chế
enzim phục hồi tổn thương phân tử ADN phải được đặt ra.
1.4 Sai hình nhiễm sắc thể và cơ sở phân loại.
1.4.1 Sai hình nhiễm sắc thể.
Sai hình NST là những biến đổi bất thường về đặc điểm karyotype. Sự
hình thành sai hình NST liên quan đến các đứt gãy trực tiếp hoặc gián tiếp của
chuỗi đôi ADN và sự tái liên kết giữa các đầu mút bò mất các trình tự telomere
[9], [10], [11], [33], [37]. Kiểu sai hình NST được quyết đònh bởi 3 quá trình sinh
học: kiểu tổn thương phân tử ADN, khả năng phục hồi các tổn thương và chu
trình tế bào. Tổn thương chuỗi đôi phân tử ADN là cơ sở của sự hình thành sai
hình NST. Tổn thương chuỗi đôi có thể được tạo ra một cách trực tiếp do tác
động của các mutagen kiểu bức xạ ion hoá hoặc gián tiếp do sự khuyết phục hồi
hoặc phục hồi nhầm các tổn thương khác. Trong cùng chu trình tế bào, nếu xảy
ra tổn thương chuỗi đôi trước pha S sẽ hình thành sai hình kiểu NST; sau pha S
sẽ hình thành sai hình kiểu nhiễm sắc tử. [37]
1.4.2 Cơ sở phân loại và cơ chế hình thành sai hình nhiễm sắc thể.
 Tổn thương vô sắc (Gap).
Luận văn thạc só 14
Nguyễn Thò Phương Trang
Gap có kiểu hình là vạch vô sắc trên 1 hoặc cả 2 nhiễm sắc tử của NST.
Dưới kính hiển vi điện tử, “gap” vẫn còn sợi ADN. Hiện nay, “gap” được coi là
lỗi về sự duỗi xoắn các phân tử ADN trong một thời điểm nào đó.
 Đứt gãy nguyên thủy (primery breaks)
Tổn thương chuỗi đôi phân tử ADN tự nó cũng có thể tạo nên các kiểu sai
hình NST mà không qua quá trình tái liên kết. Ở cấp độ NST, sai hình là các

mảnh không tâm. Ở cấp độ nhiễm sắc tử, sai hình là các đứt gãy nhiễm sắc tử.
 Sai hình kiểu nhiễm sắc thể.
Cơ chế hình thành sai hình NST được giải thích trên cơ sở thuyết tái hợp
(breakage- reunion theory) và thuyết trao đổi (exchange theory) giữa các mảnh
có “đầu dính” của Evans, Natarajan, Revell, Sax. Các nghiên cứu phân loại sai
hình NST của Bender, Chadwick, Leendhout, Savage cũng sử dụng cơ chế tái
liên kết giữa các mảnh có “đầu dính” để giải thích cơ chế hình thành các kiểu
sai hình NST. Kiểu sai hình

NST phụ thuộc vào số lượng đứt gãy đôi để tạo ra
các “đầu dính” và sự tái liên kết của các mảnh có đầu dính đó [37].
Trường hợp chỉ có 1 tổn thương chuỗi đôi: Quá trình tái liên kết các “đầu
dính” xảy ra thì tổn thương được phục hồi, nếu không sẽ tạo nên sai hình mảnh
không tâm và 1 NST ngắn hơn.
Trường hợp có 2 hoặc hơn 2 tổn thương chuỗi đôi: Tái liên kết các mảnh
có “đầu dính” do nhiều tổn thương chuỗi đôi để hình thành các kiểu sai hình
khác nhau phụ thuộc vào các tổ hợp tái liên kết các mảng có đầu dính. Trong
trường hợp tế bào có 1 đứt gãy đôi kép trên 2 NST (hình 1.7), từ 4 “đầu dính”
Luận văn thạc só 15
Nguyễn Thò Phương Trang
của 2 mảnh có tâm và 2 mảnh không tâm có thể tái liên kết hoàn toàn theo từng
cặp để tạo nên 1 sai hình 2 tâm kèm 1 mảnh không tâm (a); hoặc chuyển đoạn
thuận nghòch (b); hoặc xảy ra liên kết không hoàn toàn tạo nên 2 mảnh có tâm
(c); hoặc 2 mảnh không tâm; hoặc 1 mảnh có tâm và 1 mảnh không tâm (e và f).



A b c d e f
Hình 1.7
: Các kiểu sai hình do tổn thương chuỗi đôi kép trên 2 NST.

Trong trường hợp tế bào có 2 đứt gãy đôi kép trên 3 NST (hình 1.8), 8
“đầu dính” theo 2 nhóm cơ hội liên kết giữa 4 “đầu dính” trong mỗi nhóm tương
đương nhau. Vò trí khác nhau của đứt gãy đôi trên NST khác nhau đã tạo nên các
kiểu sai hình khác nhau ngay cả khi các liên kết tương hỗ giữa các mảnh có
“đầu dính”xảy ra hoàn toàn.
Các đứt gãy đôi trên xảy ra trên 2 vai của 1 NST sẽ tạo nên sai hình 3
tâm, các đứt gãy đôi xảy ra trên cùng vai sẽ tạo nên sai hình 2 tâm. Biểu hiện
của các liên kết không hoàn toàn là 8 kiểu sai hình NST khác nhau bao gồm các
sai hình 2 tâm, chuyển đoạn, mảnh không tâm.


Luận văn thạc só 16
Nguyễn Thò Phương Trang
2 DSB kép khác vai 2 DSB kép cùng vai

Liên kết hoàn
toàn

Liên kết hoàn
toàn
Hình 1.8: Các kiểu sai hình hình thành từ đứt gãy đôi kép trên 3 NST.
Trong trường hợp đứt gãy đôi kép xảy ra trên 2 vai của 1 NST (hình 1.9a),
đứt gãy đôi xảy ra trên 2 vai của 1 NST sẽ tạo ra 4 “đầu dính”. Sự liên kết hoàn
toàn giữa các đầu dính sẽ tạo nên kiểu sai hình vòng có tâm kèm mảnh không
tâm (a); hoặc đảo đoạn (b). Liên kết không hoàn toàn sẽ tạo nên 4 kiểu sai hình:
hoặc vòng kèm 2 mảnh không tâm (c), hoặc 1 NST ngắn kèm 1 mảnh không tâm
(d), hoặc 1 NST ngắn kèm 1 mảnh không tâm khác (e và f).

a b c d e f
Liên kết hoàn toàn Liên kết không hoàn toàn
Hình1.9a
: Các sai hình hình thành từ đứt gãy đôi kép trên 2 vai của 1NST.
Trong trường hợp đứt gãy đôi kép xảy ra trên 1 vai của 1 NST (hình 1.9b),
2 đứt gãy đôi kép trên cùng vai 1 NST, sự liên kết giữa 2 “đầu dính” của đoạn