Luận văn nghiên cứu phát hiện và định lượng một số đột biến của hội chứng động kinh, giật cơ với sợi cơ không đều MERRF ở người việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------

Bùi Thị Khánh

NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH LƯỢNG MỘT SỐ ĐỘT
BIẾN CỦA HỘI CHỨNG ĐỘNG KINH, GIẬT CƠ VỚI SỢI CƠ
KHÔNG ĐỀU – MERRF Ở NGƯỜI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội

iii


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

Bùi Thị Khánh

NGHIÊN CỨU PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH LƯỢNG MỘT SỐ ĐỘT
BIẾN CỦA HỘI CHỨNG ĐỘNG KINH, GIẬT CƠ VỚI SỢI CƠ
KHÔNG ĐỀU – MERRF Ở NGƯỜI VIỆT NAM

Mã số: 60420114
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS. Phan Tuấn Nghĩa

Hà Nội

iv


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS.TS.
Phan Tuấn Nghĩa, thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho
tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn Thị Hồng Loan, ThS. Nguyễn Văn
Minh và CN. Phùng Bảo Khánh và các anh chị em làm việc tại phòng Protein tái tổ
hợp thuộc Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Enzyme và Protein, Trường Đại
học Khoa học Tự Nhiên đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm.
Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Y tế Thái Bình,
Trưởng khoa Y học cơ sở và các anh em trong bộ môn Y học cơ sở đã tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi được đi học nâng cao trình độ của mình.

Tôi xin chân thành cảm ơn đến toàn thể thầy, cô giáo trong Bộ môn Sinh
lý thực vật và Hóa sinh, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và
nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban Chủ
nhiệm Khoa Sinh học và các Phòng chức năng của Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi học tập, hoàn
thành chương trình học Cao học.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động
viên, khích lệ tôi hoàn thành khóa học.

v


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN …..…………………………………………………………... ii
MỤC LỤC …..…………………………………………………………………….. iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT….……………….…….vi
LỜI CẢM ƠN …..…………………………………………………………... ii
............................................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT….……………….…….vi
............................................................................................................................vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.............................................................2
1.1.2.1. Ty thể hoạt động như một nhà máy năng lượng của tế bào......6
1.1.2.2. Ty thể và quá trình lão hóa.......................................................7
1.1.2.3. Ty thể và quá trình tự chết theo chương trình của tế bào.........9
1.1.3.1. Hệ gen ty thể...........................................................................10
1.1.3.2. Đặc điểm di truyền của hệ gen ty thể......................................12
1.1.3.3. Tính chất không đồng nhất và tốc độ đột biến của ty thể........12
1.2.2.1. Hội chứng gây ra bởi các đột biến điểm phổ biến trên gen mã
hóa tRNA.............................................................................................17
1.2.2.2. Các hội chứng liên quan đến các đột biến điểm phổ biến trên
gen mã hóa protein..............................................................................19
1.2.2.3. Các bệnh liên quan đến các đột biến trên gen mã hóa rRNA. 21
1.2.2.4. Bệnh gây nên bởi các đột biến khác trên mtDNA...................22
1.3.1.1. Đột biến A8344G....................................................................24
1.3.1.2. Đột biến T8356C....................................................................26

1.3.1.3. Đột biến G8363A....................................................................26
1.3.3.5. Phát hiện đột biến DNA ty thể bằng hệ thống cảm biến sinh
học.......................................................................................................31
2.1. NGUYÊN LIỆU..............................................................................................33

2.1.1. Mẫu bệnh phẩm...............................................................................33
2.1.2. Các hóa chất, nguyên liệu khác.......................................................33
2.2. MÁY MÓC VÀ TRANG THIẾT BỊ..............................................................33
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................34

2.3.1. Tách chiết DNA tổng số..................................................................34
Hình 2.1. Cấu trúc của nucleotide cải biến dạng LNA.....................................38

vi


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................41
3.1. THU THẬP MẪU MÁU BỆNH NHÂN VÀ TÁCH CHIẾT DNA TỔNG SỐ
................................................................................................................................41

3.1.1. Một số đặc điểm của mẫu phân tích................................................41
3.1.2. Tách chiết DNA tổng số của các mẫu.............................................42
3.2. SÀNG LỌC CÁC ĐỘT BIẾN GEN THUỘC HỘI CHỨNG MERRF Ở
NGƯỜI VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PCR-RFLP..................................43

3.2.1. Sàng lọc đột biến A8344G..............................................................43
3.2.1.1. Nhân bản đoạn gen từ 8155 - 8366 bằng PCR.......................43
Bảng 3.1: Trình tự mồi nhân đoạn gen 8155 - 8366.........................................43
3.2.1.2. Phân tích sự có mặt của đột biến A8344G bằng PCR-RFLP..44
3.2.1.1. Nhân bản đoạn gen từ 8166 - 8358 bằng PCR.......................45

Bảng 3.3: Trình tự mồi cho phản ứng PCR đoạn gen 8166 - 8358..................45
3.2.2.2. Phân tích sự có mặt của đột biến T8356C bằng PCR-RFLP. .47
3.2.3. Sàng lọc đột biến G8363A..............................................................47
3.2.1.1. Nhân bản đoạn gen từ 8342 - 8582........................................48
Bảng 3.4: Trình tự mồi cho PCR đoạn gen 8342 - 8582..................................48
3.2.2.2. Phân tích sự có mặt của đột biến G8363A bằng PCR-RFLP..49
3.3.1. Thiết kế mẫu dò huỳnh quang Taqman LNA.................................51
3.3.1.1. Thiết kế mẫu dò huỳnh quang Taqman LNA...........................51
3.3.1.2. Đánh giá tính đặc hiệu của mẫu dò đột biến A8344G............53
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn và đánh giá độ tin cậy của phương pháp
real-time PCR để định lượng đột biến A8344G........................................55
3.3.2.1. Xác định số bản sao của plasmid mang đoạn gen đột biến và
không đột biến A8344G.......................................................................55
3.3.2. 2. Xây dựng đường chuẩn của đột biến A8344G.......................55
Bảng 3.6: Tương quan giữa nồng độ DNA plasmid mang đột biến và không
đột biến A8344G ban đầu và số chu kỳ ngưỡng được xác định bằng real-time
PCR....................................................................................................................56
Hình 3.9. Biểu đồ khuếch đại đoạn gen mang đột biến và không mang đột
biến A8344G bằng real-time PCR....................................................................56
Bảng 3.7: Tỷ lệ phần trăm plasmid đột biến 8344G pha sẵn...........................57
3.2.4. Thử nghiệm khả năng phát hiện và định lượng đột biến A8344G. 58
3.3.1. Phân tích trình tự vùng gen mang đột biến MERRF 8155 - 9292

vii


trên hệ gen ty thể........................................................................................60
KẾT LUẬN.......................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................63

viii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
APS

Ammonium persulfate

ANT

Adenine nucleotide translocase

ADP

Adenosine diphosphate

ATP

Adenosine triphosphate

bp

Base pair (cặp bazơ)

BFQ

Black fluorescence quencher (chất hấp phụ huỳnh quang)

CoQ

Coenzyme Q

CPEO

Chronic progressive external ophthalmoplegia
(Bệnh liệt mắt cơ ngoài tiến triển kinh niên)

Cyt c

Cytochrome c

Cyt b

Cytochrome b

D-loop

Vòng chuyển vị

dNTP

Deoxyribonucleoside triphosphate

ddH2O Deionized distilled H2O (nước cất loại ion, khử trùng)
EtBr

Ethidium bromide

FAD+

Flavin adenine dinucleotide (dạng oxi hóa)

FADH2

Flavin adenine dinucleotide (dạng khử)

IPTG

Isopropyl-β-D-Thiogalactopyranoside

kb

Kilobase

KSS

Kearns-Sayre syndrome (Hội chứng KSS)

LB

Luria Bertani

LHON

Leber’s hereditary optic neuropathy
(Bệnh liệt thần kinh thị giác di truyền theo Leber)

LNA

Locked nucleic acid (nucleotide dạng khóa)

MELAS

Mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, stroke-like
Episodes (Hội chứng não giật cơ, tăng acid lactic máu và giả
tai biến mạch)

MERRF

Myoclonic epilepsy with ragged-red fibres
(Hội chứng động kinh, giật cơ với sợi cơ không đều)

ix


MIDD

Maternally inherited diabetes and deafness
(Bệnh tiểu đường và câm điếc di truyền theo mẹ)

MRI

Magnetic resonance image (Hình ảnh chụp cộng hưởng từ)

mtDNA

Mitochondrial DNA (DNA ty thể)

nDNA

Nuclear DNA (DNA nhân)

NAD+

Nicotinamide adenine dinucleotide (dạng oxi hóa)

NADH

Nicotinamide adenine dinucleotide (dạng khử)

NARP

Neuropathy, ataxia and retinitis pigmentos
(Hội chứng gây liệt, mất sự điều hòa và viêm võng mạc

OD

Optical density (Mật độ quang học)

PCR

Polymerase chain reaction (Phản ứng chuỗi polymerase)

PEO

Progressive external ophthalmoplegia
(Bệnh liệt cơ mắt ngoài tiến triển)

RFLP

Restriction fragment length polymorphism
(Sự đa hình các đoạn phân cắt giới hạn)

ROS

Reactive oxygen species (dạng oxy phản ứng)

SDS

Sodium dodecylsulphate

TAE

Tris -Acetate-EDTA

TBE

Tris -Borate-EDTA

TEMED

N, N, N’, N’- Tetramethyl-Ethylenediamine

Tm

Melting temperature (Nhiệt độ tách chuỗi)

x

DANH MỤC CÁC BẢNG
LỜI CẢM ƠN …..…………………………………………………………... ii
............................................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT….……………….…….vi
............................................................................................................................vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.............................................................2
Hình 2.1. Cấu trúc của nucleotide cải biến dạng LNA.....................................38
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................41
Bảng 3.1: Trình tự mồi nhân đoạn gen 8155 - 8366.........................................43
Bảng 3.3: Trình tự mồi cho phản ứng PCR đoạn gen 8166 - 8358..................45
Bảng 3.4: Trình tự mồi cho PCR đoạn gen 8342 - 8582..................................48
Bảng 3.6: Tương quan giữa nồng độ DNA plasmid mang đột biến và không
đột biến A8344G ban đầu và số chu kỳ ngưỡng được xác định bằng real-time
PCR....................................................................................................................56
Hình 3.9. Biểu đồ khuếch đại đoạn gen mang đột biến và không mang đột
biến A8344G bằng real-time PCR....................................................................56
Bảng 3.7: Tỷ lệ phần trăm plasmid đột biến 8344G pha sẵn...........................57
KẾT LUẬN.......................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................63

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH
LỜI CẢM ƠN …..…………………………………………………………... ii
............................................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT….……………….…….vi
............................................................................................................................vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.............................................................2
Hình 2.1. Cấu trúc của nucleotide cải biến dạng LNA.....................................38

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................41
Bảng 3.1: Trình tự mồi nhân đoạn gen 8155 - 8366.........................................43
Bảng 3.3: Trình tự mồi cho phản ứng PCR đoạn gen 8166 - 8358..................45
Bảng 3.4: Trình tự mồi cho PCR đoạn gen 8342 - 8582..................................48
Bảng 3.6: Tương quan giữa nồng độ DNA plasmid mang đột biến và không
đột biến A8344G ban đầu và số chu kỳ ngưỡng được xác định bằng real-time
PCR....................................................................................................................56
Hình 3.9. Biểu đồ khuếch đại đoạn gen mang đột biến và không mang đột
biến A8344G bằng real-time PCR....................................................................56
Bảng 3.7: Tỷ lệ phần trăm plasmid đột biến 8344G pha sẵn...........................57
KẾT LUẬN.......................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................63

xii


MỞ ĐẦU
Trong hầu hết các tế bào, ty thể là bào quan quan trọng đảm nhiệm chức năng
cung cấp năng lượng dưới dạng ATP cho các hoạt động của tế bào. Ty thể sản xuất
năng lượng bằng cách oxy hóa hoàn toàn các hợp chất trung gian của quá trình
chuyển hóa thức ăn của cơ thể tạo thành sản phẩm cuối cùng là H 2O, CO2, và năng
lượng dưới dạng ATP.
Ty thể có hệ gen riêng, nhân bản độc lập với hệ gen nhân. DNA ty thể người
tồn tại ở dạng mạch vòng kép, có kích thước 16.569 bp, với 37 gen, mã hóa cho 2
RNA ribosome, 22 RNA vận chuyển và 13 protein là thành phần cần thiết trong các
phức hợp của chuỗi hô hấp. DNA ty thể dễ bị tổn thương do ty thể là môi trường
giàu dạng oxy phản ứng và thiếu cơ chế sửa chữa hiệu quả dẫn đến nhiều đột biến
xuất hiện trong hệ gen ty thể. Hầu hết các hoạt động của tế bào đều dựa vào nguồn
năng lượng ổn định do ty thể cung cấp, do đó những sai hỏng trong DNA ty thể có
thể gây ra sự rối loạn đa hệ thống ảnh hưởng đến nhiều tế bào, mô và các tổ chức

khác nhau.
Năm 1988, Wallace và tập thể đã công bố đột biến điểm đầu tiên trên hệ gen ty
thể người gây bệnh liên quan đến thần kinh thị giác di truyền theo Leber (Leber’s
hereditary optic neuropathy - LHON). Cho đến nay, hơn 300 đột biến khác nhau
trong hệ gen ty thể người đã được xác định, trong đó có hơn 250 đột biến có khả
năng gây bệnh và kèm theo nhiều hội chứng khác nhau.
MERRF (myoclonic epilepsy with ragged-red fibres) là hội chứng động kinh
giật cơ với sợi cơ không đều, ảnh hưởng đến hệ thần kinh và cơ xương cũng như
các hệ thống khác của cơ thể, gây nên bởi những đột biến trên gen MT-TK của
DNA ty thể. Ngoài ra, người mang hội chứng MERRF có thể kèm theo động kinh,
mất điều hòa vận động, suy nhược và mất trí nhớ. Triệu chứng thường khởi phát ở
trẻ em sau một giai đoạn phát triển bình thường, kết quả hay gặp là điếc, thấp bé,
thoái hóa thần kinh thị giác, đôi khi quan sát được các u mỡ khu trú dưới da. Tế bào
cơ bất thường và xuất hiện sợi cơ màu đỏ bị xé rách nham nhở khi nhuộm với

1


Gomori trichrome và quan sát dưới kính hiển vi.
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hội chứng
MERRF để xác định nguyên nhân, cơ chế biểu hiện bệnh cũng như tính di truyền
của bệnh. Tuy nhiên, do tính phức tạp trong tác động lâm sàng, mô bệnh học, cơ
chế phát sinh và biểu hiện bệnh nên việc chẩn đoán bằng phương pháp thăm khám
lâm sàng hay bằng các xét nghiệm thường quy là rất khó khăn, vì thế nhiều bệnh
nhân MERRF vẫn chưa được phát hiện và không có phương pháp điều trị hiệu quả.
Ở Việt Nam, gần như chưa có công trình nào đi sâu nghiên cứu phát hiện và
định lượng đột biến MERRF ở người Việt Nam.
Nhằm góp phần vào việc chẩn đoán, điều trị và tư vấn di truyền đối với các
bệnh nhân, gia đình bệnh nhân mang hội chứng MERRF chúng tôi tiến hành đề tài:
“Nghiên cứu phát hiện và định lượng một số đột biến của hội chứng động kinh,

giật cơ với sợi cơ không đều - MERRF ở người Việt Nam“.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TY THỂ NGƯỜI

2


1.1.1. Cấu trúc của ty thể
Ty thể là bào quan phổ biến được tìm thấy trong hầu hết các tế bào nhân
chuẩn. Chức năng chính của ty thể là cung cấp năng lượng hóa học cần thiết cho
các hoạt động sinh tổng hợp và vận động của tế bào. Ty thể được lần đầu tiên
tìm thấy trong tế bào cơ năm 1857 bởi nhà giải phẫu học người Thụy Sĩ, Kollier.
Đến năm 1890, nhà mô học người Đức, Richard Altmann, bằng phương pháp
nhuộm fuchsine đã quan sát được ty thể ở nhiều tế bào khác nhau dưới kính hiển
vi quang học [27].Ty thể có đường kính khoảng 0,5-2 µm và chiều dài 7-10 µm.
Hình dạng và số lượng ty thể tùy thuộc vào nhu cầu năng lượng của mỗi loại tế
bào khác nhau, các tế bào mô cơ xương hoặc thận cần một lượng ty thể lớn hơn
các tế bào khác trong cơ thể. Ty thể có thể hình cầu, hình que hay hình sợi
nhưng đều có cấu trúc chung giống nhau. Ty thể có khả năng thay đổi hình dạng,
kích thước, có thể liên kết với nhau tạo ra những cấu trúc dài hơn hoặc phân ra
thành những cấu trúc nhỏ hơn. Ngoài ra, ty thể có khả năng di chuyển để phản
ứng với những thay đổi sinh lý bên trong tế bào [35].

Hình 1.1. Cấu trúc ty thể [68]

3


Về cấu trúc, ty thể có cấu tạo dạng màng kép, gồm màng trong và màng ngoài,

bao lấy khối chất nền bên trong, khoảng cách giữa hai màng được gọi là xoang gian
màng. Cả hai màng đều có bản chất là lipoprotein tương tự như màng sinh chất,
nhưng có sự khác biệt về hình dạng và các tính chất lý hóa chuyên trách cho việc
thực hiện các chức năng sinh hóa của chúng [35].
Màng ngoài của ty thể có độ dày 6 nm, có tỷ lệ protein (P)/ lipid (L) lớn hơn
hoặc bằng 1. Màng ngoài ty thể chứa tỷ lệ cholesterol thấp (bằng 1/6 so với màng tế
bào hồng cầu), tỷ lệ phosphatidyl choline cao gấp hai lần so với màng tế bào. Màng
ngoài có nhiệm vụ tiếp thu phần lớn protein sản xuất từ tế bào chất để xây dựng ty
thể và kiến tạo màng. Đặc biệt, màng ngoài của ty thể có tính bán thấm rộng hơn
với các ion và các phân tử lớn cho phép các ion di chuyển tự do từ ngoài nguyên
sinh chất vào xoang gian màng và ngược lại. Màng ngoài ty thể còn chứa nhiều
enzyme quan trọng như các transferase, các kinase, cytochrome-reductase, acyl
CoA synthetase [35].

Hình 1.2. Cấu tạo màng ty thể [67]
Màng trong của ty thể có độ dày 6 nm, protein chiếm 80%, lipid chiếm 20%,
và một lượng nhỏ cholesterol. Tỷ lệ giữa cholesterol/phospholipid là 1/53. Màng
trong ăn sâu vào chất nền tạo nên các mào răng lược. Cấu trúc “mào” làm tăng diện
tích bề mặt của màng trong gấp ba lần so với màng ngoài và điều này liên quan đến

4


chức năng của nó là tăng cường vận chuyển điện tử và tổng hợp ATP. Màng trong
chứa nhiều protein vận chuyển chủ động ATP, ADP, acid béo và các protein
kênh vận chuyển các ion Na +, K+, Ca2+ và H+. Màng trong là nơi bám của 5 phức
hợp thuộc chuỗi hô hấp bao gồm chuỗi vận chuyển điện tử (phức hợp I-IV), ATP
synthase (phức hợp V, còn gọi là F 1F0-ATPase) và adenine nucleotide
translocase (ANT) [9].
Xoang gian màng (khoảng xen kẽ giữa hai màng) là nơi trung chuyển các chất

giữa hai màng, môi trường cũng tương tự và cân bằng với bào tương của tế bào.
Xoang gian màng chứa nhiều ion H + từ chất nền đi ra do hoạt động của chuỗi vận
chuyển điện tử, chứa cytochrome c (Cyt c) là chất mang điện tử cơ động cho chuỗi
hô hấp, giải phóng Cyt c vào bào tương sẽ hoạt hóa enzyme caspase có vai trò trong
quá trình chết theo chương trình của tế bào [32].
Chất nền (matrix) là một vùng vật chất không định hình chứa nhiều cấu trúc
đặc biệt. Chất nền này là một phức hệ protein tan trong nước, tương đối đậm đặc và
chứa các enzyme của chu trình Krebs, các enzyme của quá trình oxy hóa acid béo,
acid amin và bộ máy di truyền riêng của ty thể. Như vậy, ở tế bào động vật, thực vật
và người ngoài hệ gen nhân, còn có hệ gen tế bào chất nằm trong ty thể. Ty thể có
vật chất di truyền và bộ máy của riêng nó để tổng hợp nên các RNA cũng như
protein của chúng. Các DNA ngoài nhiễm sắc thể này mã hóa một số các peptide
của ty thể (ở người là 13 loại peptide). Các peptide này gắn vào lớp màng trong
cùng với các protein khác được mã hóa trong nhân tế bào [32].
Ty thể nhân lên theo phương thức rất giống với tế bào vi khuẩn. Khi chúng trở
nên quá lớn, chúng bắt đầu chia đôi. Quá trình này xảy ra sau khi bộ DNA của ty
thể được nhân đôi hoàn toàn, được thực hiện bằng sự tạo thành rãnh bên trong và
sau đó màng ngoài thắt lại hình thành hai ty thể con. Đôi khi các ty thể mới được
tổng hợp ở các trung tâm giàu protein và polyribosome cần thiết. Tuy nhiên, nhiều
ty thể không phân đôi và bị phân hủy trong lyzosome theo cơ chế tự tiêu
(autophagy). Cơ chế này giúp duy trì số lượng ty thể đặc trưng trong một tế bào [9].

5


1.1.2. Chức năng của ty thể
1.1.2.1. Ty thể hoạt động như một nhà máy năng lượng của tế bào

Ty thể đóng vai trò trung tâm trong quá trình chuyển hóa năng lượng của tế
bào. Quá trình hô hấp biến đổi hóa học và trao đổi chất tại ty thể đã giúp chúng

chuyển đổi năng lượng hóa học tiềm tàng trong các hợp chất hữu cơ tạo ra CO 2,
H2O và giải phóng năng lượng vào phân tử cao năng ATP. ATP được tạo thành từ
quá trình phosphoryl hóa oxy hóa dựa trên các phức hệ hô hấp (gọi là chuỗi vận
chuyển điện tử) nằm trên màng trong của ty thể. Quá trình oxy hóa của tế bào sử
dụng nguồn các đương lượng khử NADH và FADH 2 như nguồn điện tử chính trong
chuỗi vận chuyển điện tử. Các thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử nằm ở
màng trong của ty thể bao gồm bốn phức hợp I, II, III và IV và một số chất mang
điện tử. Các điện tử được vận chuyển dọc theo chuỗi, ba trong bốn phức hợp hoạt
động như máy bơm proton, đẩy proton từ chất nền tạo thành dòng chuyển proton.
Nhờ gradient proton và sự chênh lệch điện thế qua màng, mà ATP được tổng hợp từ
ADP và Pi bởi phức hệ F 0F1 synthase, do đó cho phép các proton trở lại chất nền.
Sự kết hợp vận chuyển điện tử và tổng hợp ATP hoạt động theo cơ chế hóa thẩm.
Có hai giai đoạn tạo ra ATP ở ty thể, đó là chu trình Krebs diễn ra trong chất nền và
quá trình phosphoryl hóa oxy hóa ở chuỗi vận chuyển điện tử nằm ở màng trong ty
thể với sự xúc tác của các phức hệ enzyme [23].
Nguồn tạo ra năng lượng trong ty thể là carbohydrate, chất béo và protein
được lấy từ thức ăn, trong đó chủ yếu là carbohydrate. Các hợp chất carbohydrate,
chủ yếu là glucose thông qua quá trình đường phân (glycolysis) được phân cắt và
biến đổi cuối cùng tạo thành pyruvate, chất khử NADH và một lượng ATP.
Pyruvate được đưa vào ty thể và bị oxy hóa, decarboxyl hóa để tạo thành acetylCoA (acetyl-CoA có thể tạo ra từ quá trình oxy hóa acid béo) và tiếp tục được oxy
hóa hoàn toàn qua chu trình Krebs để tạo thành CO 2, H2O và năng lượng chủ yếu
được tích trữ dưới dạng ATP. Trong chu trình Krebs, điện tử và proton H + được

6


tách ra và chuyển đến các phân tử nhận điện tử là NAD + và FAD trong chuỗi vận
chuyển điện tử để tạo thành NADH và FADH 2. Chuỗi vận chuyển điện tử bao
gồm bốn phức hợp: nicotinamide adenine dinucleotide coenzyme Q reductase
(NADH-CoQ reductase/ phức hệ I), succinate CoQ reductase (phức hệ II),

ubiquinol cytochrome b reductase (phức hệ III), cytochrome c oxidase (phức hệ
IV) và hai phân tử vận chuyển điện tử giữa các phức hệ là coenzyme ubiquinone
(CoQ) và Cyt c. Phức hệ I và II có vai trò xúc tác cho sự nhận điện tử của CoQ từ
NADH và succinate. Sau đó phức hệ III xúc tác cho quá trình chuyển điện tử từ
CoQ đến Cyt c. Cuối cùng phức hệ IV xúc tác cho sự vận chuyển điện tử từ Cyt c
tới chất nhận cuối cùng là oxy phân tử. Ở mỗi giai đoạn, điện tử đi qua các phức
hệ, năng lượng được giải phóng ra kèm theo việc bơm các proton (H +) từ chất nền
qua màng trong ra xoang gian màng và làm xuất hiện điện thế màng. Do đó, hệ
thống F0F1 synthase hoạt động và tổng hợp ATP từ ADP và phosphate vô cơ [35].
ATP là nguồn năng lượng lớn được sử dụng cho tất cả các quá trình trao đổi
chất cần thiết bên trong tế bào. Vì vậy, khi ty thể bị tổn thương, quá trình sản sinh
ra năng lượng bị chậm lại, thậm chí là ngừng lại hoàn toàn. Pyruvate không được
chuyển hóa tiếp, nên bị biến đổi thành lactate, vì vậy các bệnh nhân bị bệnh ty thể
thường có hàm lượng lactate trong máu và trong dịch não tủy cao. Do gần như tất
cả các tế bào đều dựa vào nguồn năng lượng ổn định do ty thể cung cấp nên khi ty
thể bị tổn thương có thể gây ra sự rối loạn đa hệ thống, ảnh hưởng đến nhiều loại tế
bào cũng như mô và các cơ quan [35].
1.1.2.2. Ty thể và quá trình lão hóa

Lão hóa là một quá trình sinh học phức tạp, là yếu tố nguy cơ lớn cho sự phát
triển của ung thư, thoái hóa thần kinh và các bệnh tim mạch. Cơ chế phân tử của sự
lão hóa là vấn đề phức tạp, tuy nhiên quá trình oxy hóa và nitrate hóa protein trong
tế bào đã được đề xuất là cơ sở cho việc suy giảm chức năng của tế bào và làm
giảm khả năng chống chịu của cơ thể [60].
Các gốc tự do, chủ yếu là các dạng oxy phản ứng (ROS – Reactive oxygen

7


species) được xem là những phân tử tín hiệu của nhiều hoạt động sinh lý. Những

năm 1990, hydrogen peroxide được phát hiện là có liên quan đến cytokine, insulin,
yếu tố tăng trưởng, AP-1 và tín hiệu NF-кB [48]. Sau đó, nhiều báo cáo chỉ ra rằng
H2O2 có thể thúc đẩy sự bất hoạt phosphatase bằng sự oxy hóa cysteine làm ảnh
hưởng đến con đường truyền tín hiệu [58].
Hệ quả của các phản ứng hô hấp trong ty thể là các điện tử chưa ghép cặp, sự
tương tác của các điện tử này với oxy tạo thành các gốc superoxide rất hoạt động,
các gốc tự do có hoạt tính cao. Có 8điểm trong ty thể có khả năng sản xuất O 2-,
superoxide được chuyển hóa thành hydrogen peroxide (H 2O2) bởi superoxide
dismutase (SOD) khi có sự tham gia của một điện tử và 2 proton H+ [48].
Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy rằng ROS có thể gây ra những thay
đổi trong quá trình dịch mã protein. Cụ thể, H2O2 có thể oxy hóa nhóm thiol (-SH)
trong cysteine để tạo thành axit sulphenic (-SOH), tiếp theo phản ứng với GSH sinh
ra glutathionylate (-SSG) mang liên kết disulfide (-S-S-) hoặc amide sulfenyl (-SN).
Mỗi sự thay đổi này có thể ảnh hưởng đến hoạt động của một protein nhất định.
Phosphorylase bị tác động khá nặng bởi ROS, làm ức chế hoạt động tách gốc
phosphate [48].
Hơn nữa, các gốc tự do khác như các gốc hydroxyl (OH .) và hydrogen
peoxyde (H2O2) cũng có thể tồn tại ở nồng độ tương đối cao, gây nên nguy cơ oxy
hóa lipid làm tổn thương màng tế bào và ảnh hưởng đến cấu trúc DNA. Đáng chú ý
rằng sự tác động của các gốc tự do này tới DNA ty thể sẽ lớn hơn DNA trong nhân
do DNA ty thể không liên kết với Histone và không có cơ chế tự sửa chữa. Khả
năng tạo năng lượng ATP của ty thể giảm và tăng quá trình oxy hoá làm hư hại cấu
trúc tế bào. Gốc tự do có thể phá rách màng tế bào khiến chất dinh dưỡng thất thoát,
tế bào không tăng trưởng, không được sửa chữa và chết. ROS phá hủy hoặc ngăn
cản sự tổng hợp protein, lipid, đường, tinh bột, enzyme trong tế bào, làm cho
collagen, elastin mất tính đàn hồi khiến da nhăn nheo, cơ khớp cứng nhắc [22].
ROS được cho là tác nhân chính gây ra những tổn thương sinh lý của tế bào.

8

Sự tích lũy ROS và các tác nhân oxy hóa có liên quan đến nhiều bệnh lý, bao gồm
các bệnh thoái hóa thần kinh, tiểu đường, ung thư và lão hóa sớm. ROS và các gốc
tự do gây ra các đột biến gen, tăng sự hình thành và tích lũy các đột biến DNA ty
thể ở các mô trong quá trình lão hóa [48]. Theo thuyết ty thể về lão hoá, việc tích
luỹ những tổn thương ở các thành phần bên trong ty thể bao gồm mtDNA, protein,
lipid làm ảnh hưởng đến chức năng của ty thể. Nói chung, những tổn thương của
mtDNA trong phạm vi rộng với thời gian dài dẫn đến ty thể bị rối loạn, thậm chí
ngừng hoạt động là nguyên nhân làm cho tế bào chết và cơ thể bị lão hoá [21].
1.1.2.3. Ty thể và quá trình tự chết theo chương trình của tế bào

“Chết theo chương trình” (apoptosis) là một quá trình quan trọng giúp các sinh
vật đa bào duy trì sự toàn vẹn và chức năng của mô và để loại bỏ những hư hại hoặc
các tế bào không mong muốn. Ty thể đóng vai trò cốt lõi trong việc điều tiết sự chết
của tế bào bằng cách cung cấp nhiều yếu tố quan trọng bao gồm cả sự hoạt hóa
caspase và phân mảnh nhiễm sắc thể. Ty thể có vai trò quan trọng trong cơ chế tích
tụ Ca2+ và rối loạn quá trình oxy hóa, sự tích lũy lượng Ca 2+ đủ lớn trong ty thể dẫn
đến chết theo chương trình của tế bào. Nồng độ và khả năng hoạt động của Ca 2+
trong ty thể được điều khiển bởi họ protein Bcl-2, yếu tố quan trọng tham gia vào
quá trình chết theo chương trình của tế bào [34].
Tín hiệu gây chết nội bào phụ thuộc vào sự phóng thích Cyt c. Tác động của
Cyt c là liên kết với thụ thể protein hoạt hóa procaspase (Apaf-1), tổ hợp lại với
nhau tạo thành heptamer gọi là apoptosome. Apaf-1 trong apoptosome hoạt hóa
procaspase mở đầu (procaspase-9), từ đó hoạt hóa dòng caspase sát thủ để điều dẫn
sự chết tế bào. Bcl-2 điều hòa con đường apoptosis nội bào bằng cách kiểm soát sự
phóng thích Cyt c và các protein khác từ khoảng gian màng của ty thể vào tế bào
chất. Bcl-2 có hai loại: pro-apoptosis Bcl-2 gia tăng sự giải phóng Cyt c và kích
thích sự chết của tế bào; anti-apoptosis Bcl-2 có tác dụng ngược lại, ức chế sự giải
phóng Cyt c từ đó kìm hãm sự chết của tế bào [32, 60].
Nồng độ Ca2+ trong ty thể cũng quyết định đến sự sống còn của tế bào. Sự kích

9


hoạt nhóm protein pro-apoptosis Bcl-2 đòi hỏi nồng độ ion Ca2+ trong ty thể phải đủ
lớn, từ đó dẫn đến các rối loạn về chức năng của ty thể, kích thích giải phóng Cyt c
và hoạt hóa caspase. Mặt khác, khi một lượng lớn Ca 2+ tích tụ trong ty thể, sẽ tương
tác với cyclophilin D để kích thích mở lỗ bán thấm trên màng trong của ty thể làm
chất nền bị trương lên làm vỡ màng ty thể và phát tán Cyt c. Hơn nữa, Ca 2+ còn kích
thích sự tổng hợp các gốc tự do có hoạt tính cao (ROS). Sự dư thừa ROS trong ty
thể hoạt động như chất trung gian của các con đường truyền tín hiệu chết theo
chương trình [34].
Những rối loạn chức năng của ty thể gây ra bởi sự sai hỏng DNA và các yếu tố
làm tổn thương gen dẫn đến một kết quả chắc chắn là sự chết tế bào theo chương
trình.
1.1.3. Hệ gen ty thể và đặc điểm di truyền của hệ gen ty thể
1.1.3.1. Hệ gen ty thể

Ty thể là bào quan có hệ gen riêng, nhân bản độc lập với gen nhân. DNA ty
thể người tồn tại ở dạng mạch vòng kép, có kích thước 16.569 bp, gồm 37 gen mã
hóa cho 2 phân tử ARN ribosome, 22 phân tử ARN vận chuyển và 13 phân tử
protein là thành phần cần thiết trong các phức hợp của chuỗi hô hấp.

Hình 1.
3. Hệ gen ty
thể [11]
ND1ND6

và

ND4L

mã

hóa 7 tiểu
đơn vị của
phức

hợp

10


(NADH-ubiquinone oxidoreductase), Cyt b là tiểu đơn vị phức hợp III chỉ được mã
hóa bởi mtDNA (ubiquinol cytochrome c oxidase reductase), COX 1-3 mã hóa cho
3 tiểu đơn vị của phức hợp V (ATP synthase). Các phân tử protein còn lại của chuỗi
hô hấp được mã hóa bởi gen nhân, được dịch mã trong tế bào chất, sau đó được vận
chuyển vào bên trong ty thể [59].
Đặc biệt, so với hệ gen nhân, hệ gen ty thể chứa rất ít trình tự không mã hóa
xen kẽ với vùng mã hóa. D-loop nằm giữa gen tRNA Phe (gen MT-TK) và tRNAPro
(gen MT-TP) là vùng không mã hóa lớn nhất và có vai trò quan trọng trong điều
hòa quá trình sao chép và phiên mã của hệ gen ty thể, chứa promoter cho sự phiên
mã chuỗi nặng (H) và chuỗi nhẹ (L), chứa điểm khởi đầu của quá trình tái bản. Hai
gen mã hóa cho rRNA (12S và 16S rRNA) và 22 gen mã hóa cho 22 tRNA được
nằm giữa các gen mã hóa cho protein. Các gen này cung cấp các RNA cần thiết cho
sự tổng hợp protein bên trong ty thể [11].
Hệ gen ty thể sao chép độc lập với hệ gen nhân bằng một hệ thống riêng trong
ty thể nhưng các enzyme cho quá trình tái bản lại do hệ gen nhân mã hóa. Quá trình
phiên mã và dịch mã của DNA ty thể lại được điều khiển bởi gen nhân. Hệ gen ty
thể được phiên mã từ một điểm khởi đầu nằm trên vùng D-loop, bản phiên mã sau

đó được endonuclease phân cắt để hình thành nên phân tử rRNA 12S và 16S, tRNA
và mRNA tiền thân. Phân tử mRNA hoàn thiện của ty thể không được gắn mũ
nhưng có đuôi polyA. Mô hình phiên mã trên có nhiều điểm giống với một operon
của vi khuẩn [11, 59].
Các tế bào người có thể chứa tới hàng ngàn bản sao mtDNA trong một tế bào và
có số lượng dao động tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng năng lượng của từng loại tế bào.
Số bản sao mtDNA giảm nhiều lần trong quá trình tạo tinh trùng nhưng dường như
tăng đột ngột trong quá trình tạo trứng. Số lượng bản sao mtDNA thay đổi rất lớn ở
các mô khác nhau và được kiểm soát nghiêm ngặt trong thời kỳ đầu của quá trình
phát triển của động vật. Số bản sao mtDNA tăng khi quá trình trao đổi chất tăng [46].

11


1.1.3.2. Đặc điểm di truyền của hệ gen ty thể

Sự di truyền của các gen trên mtDNA là sự di truyền qua tế bào chất. Giống
như các DNA ngoài nhân, DNA ty thể được di truyền theo dòng mẹ, người mẹ
truyền gen ty thể cho các con, nhưng chỉ con gái của bà mới có thể truyền các kiểu
gen này cho thế hệ tiếp theo. Cơ chế di truyền này được lý giải bởi tế bào trứng của
người phụ nữ trung bình chứa khoảng 100.000 phân tử DNA ty thể, trong đó một
tinh trùng khỏe mạnh chỉ chứa trung bình 100 - 1500 phân tử, mặt khác sự suy thoái
của mtDNA trong đường sinh dục nam và sự phá hủy mtDNA của tinh trùng khi
vào tế bào trứng là rất rõ ràng nên mtDNA trong tế bào hợp tử thường chỉ được
thừa hưởng từ trứng [29, 61].
Đối với các gen nằm trong nhân của tế bào sinh vật nhân chuẩn, chúng tuân
theo các quy luật hoạt động của nhiễm sắc thể trong các cơ chế phân bào. Nhưng
hệ gen ty thể lại không tuân theo những quy luật đó mà các tính trạng do chúng
xác định có những kiểu di truyền riêng đặc trưng cho chúng. Đột biến mtDNA
được truyền từ mẹ sang con nhưng tỷ lệ số bản sao mang đột biến ở mẹ và con

khác nhau, các cá thể mang đột biến trong một phả hệ gia đình cũng có sự thay
đổi về tần suất đột biến vì vậy mức độ biểu hiện bệnh ở mẹ và các con có thể rất
khác nhau [29, 46].
Một đặc điểm khác biệt nổi bật về tính di truyền gen ty thể là tần số xuất hiện
của gen đột biến giữa mẹ và con cái. Ví dụ, một người mẹ khỏe mạnh mang đột
biến mtDNA có thể sinh ra hai người con với tần suất mang gen đột biến hoàn toàn
khác nhau, một người con khỏe mạnh và một người con có biểu hiện bệnh trầm
trọng ngay từ khi còn nhỏ. Kiểu di truyền này được gọi là “nút cổ chai”, theo đó tần
suất mang mtDNA đột biến của các thế hệ con cháu khác nhau đáng kể và cũng
khác với mẹ [14, 46, 50].
1.1.3.3. Tính chất không đồng nhất và tốc độ đột biến của ty thể

Mỗi tế bào có thể chứa hàng ngàn bản sao DNA. Vì vậy, khi xuất hiện đột biến
thì trong cùng một mô có thể có cả mtDNA bình thường và mtDNA đột biến, hiện

12


tượng này được gọi là tính không đồng nhất (Heteroplasmy). Nếu các bản sao của
mtDNA đều giống nhau thì được gọi là đồng nhất giữa các bản sao ty thể
(Homoplasmy).
Số bản sao mtDNA đột biến so với tổng lượng mtDNA của tế bào sẽ xác định
mức độ heteroplasmy, là một nhân tố quyết định mức độ nghiêm trọng của bệnh.
Đa số các đột biến mtDNA gây bệnh đều tồn tại ở dạng heteroplasmy. Những hiểu
biết về mức độ dị plasmid của người mang đột biến là thông số quan trọng để có thể
tiên lượng được tình trạng bệnh lý và sự di truyền của đột biến gen ty thể [14].
mtDNA có tốc độ đột biến cao gấp 10 - 20 lần so với DNA trong nhân, do hệ
gen ty thể ở dạng trần (không liên kết với các protein bảo vệ kiểu histone như hệ gen
nhân), không chứa trình tự intron, hệ gen ty thể dễ tiếp xúc với các gốc tự do [54].
Ngoài ra, ty thể không có cơ chế sửa chữa DNA hiệu quả như với DNA trong nhân.

Hiện nay, đã có nhiều đột biến gen ty thể gây bệnh được phát hiện và nghiên cứu.
Các đột biến gen ty thể này thường gây ra các triệu chứng khác nhau, tuy nhiên chủ
yếu tập trung vào cơ, thần kinh và các chuyển hóa của cơ thể.
1.2. ĐỘT BIẾN GEN TY THỂ VÀ CÁC BỆNH LIÊN QUAN
1.2.1. Các loại đột biến gen ty thể
Bộ gen ty thể có tỷ lệ đột biến rất cao, cao hơn từ 10 đến 20 lần so với đột biến
DNA trong nhân.
Hầu hết những thay đổi trên DNA ty thể là đa hình và có vai trò quan trọng
trong việc theo dõi sự di cư của con người. Những đột biến mtDNA gây bệnh
đầu tiên đã được xác định vào năm 1988. Kể từ đó, hơn 250 đột biến mtDNA
gây bệnh đã được phát hiện và nghiên cứu, bao gồm hai loại đột biến chính là
đột biến điểm và đột biến cấu trúc. Các đột biến mtDNA có tính không đồng
nhất về biểu hiện lâm sàng và tuổi khởi phát bệnh, do đó việc xác định tỷ lệ của
bệnh đột biến gen ty thể là rất khó khăn. Ước tính ở phía Đông Bắc nước Anh có
tỷ lệ 1/10.000 người đã có biểu hiện lâm sàng bệnh ty thể và 1/6000 người có
nguy cơ mắc bệnh. Một nghiên cứu gần đây đã cho thấy tần số đột biến là 0,14%

13


đối với đột biến A3243G và 0,2% đối với đột biến A1555G liên quan đến MTRNR1 aminoglycoside gây ra mất thính giác, điều này chứng tỏ rằng những hiểu
biết về đột biến gen ty thể còn nhiều hạn chế [31, 56].
1.2.1.1. Đột biến điểm
Đột biến điểm là đột biến thay thế, mất hoặc thêm một nucleotide xảy ra trong
cấu trúc của gen tại một điểm trên phân tử DNA. Hơn 250 đột biến điểm gây bệnh
đã được xác định trên gen ty thể qua các bệnh nhân với hàng loạt các rối loạn khác
nhau ( ﾧ ), thường di truyền từ mẹ sang con và liên
quan đến nhiều hệ thống cơ quan. Đột biến điểm trên mtDNA có thể xảy ra trên gen
mã hóa tRNA, rRNA hay protein, tuy nhiên hơn một nửa trong số các đột biến điểm
được báo cáo liên quan đến gen tRNA của ty thể [31].

tRNA ty thể có cấu trúc ngắn hơn và khác biệt với tRNA trong tế bào chất
(mã hóa bởi gen nhân) nên sự sai khác về 1 nucleotide dẫn đến thay đổi dạng
hình L của tRNA, ảnh hưởng đến cấu trúc bậc ba của chúng. Một số đột biến
trên tRNA ty thể dẫn đến những khiếm khuyết trên phức hợp OXPHOS. Tùy
thuộc vào điểm đột biến trên gen tRNA ty thể sẽ ảnh hưởng đến các kênh vận
chuyển điện tử khác nhau trong chuỗi hô hấp tế bào. Các nguyên nhân gây ra
khiếm khuyết trong quá trình tổng hợp các tRNA ty thể là rất nhiều bao gồm: kết
thúc phiên mã, biến đổi tRNA trưởng thành, thay đổi bộ ba đối mã, ảnh hưởng
đến cấu trúc và chức năng của tRNA do đó giảm khả năng gắn acid amin, giảm
liên kết với các yếu tố dịch mã mtEFT hoặc các ribosome ty thể. Đột biến điểm ở
gen mã hóa protein ty thể đặc biệt ảnh hưởng đến các chức năng của phức hợp
chuỗi hô hấp tế bào mà nó đảm nhiệm [56].
Đột biến điểm trên mtDNA chủ yếu ở dạng không đồng nhất (heteroplasmy),
tỷ lệ đột biến giữa các mô trong cùng một cá thể cũng rất khác nhau. Một số đột
biến gen ty thể ở dạng đồng nhất (homoplasmy) đang được nghiên cứu nhiều hơn,
đột biến này thường ảnh hưởng đến các mô xác định và có biểu hiện lâm sàng đặc
trưng. Tuy nhiên, đột biến điểm gen ty thể rất đa hình nên việc xác định tỷ lệ đột

14


biến gen gây bệnh ty thể là vấn đề cần được nghiên cứu nhiều hơn nữa [31].
1.2.1.2. Đột biến cấu trúc mtDNA
Đột biến cấu trúc gen ty thể bao gồm mất đoạn, lặp đoạn và một số sự sắp xếp
cấu trúc phức tạp khác đã được nghiên cứu gắn với tình trạng bệnh lý. Phần lớn đột
biến cấu trúc mtDNA được phát hiện liên quan đến mất đoạn, thay đổi kích thước
khoảng 1,3 - 8 kb hay một vài gen. Đột biến mất đoạn mtDNA thường xảy ra ở giai
đoạn sớm trong quá trình phát triển của hợp tử dẫn đến tần số xuất hiện và biểu hiện
bệnh ở các mô là tương tự nhau. Kích thước đoạn mtDNA bị mất có thể do đột biến
gen nhân quy định việc duy trì, sao chép và trao đổi nucleotide trong mtDNA (ví

dụ, POLG và PEO1 mã hóa Twinkle) [56].
Ở cấp độ phân tử, khoảng 60% đột biến mất đoạn mtDNA xảy ra trong khu
vực mtDNA mà hai bên là trình tự lặp ngắn, kiểu mất đoạn này được gọi là đột biến
mất đoạn type I. Khoảng 30% đột biến mất đoạn mtDNA xảy ra tại những vùng có
trình tự lặp không tuyệt đối, được gọi là mất đoạn type II. Còn lại khoảng 10% đột
biến mất đoạn xảy ra ở vùng không có trình tự lặp. Mất đoạn mtDNA phổ biến nhất,
gặp ở khoảng 1/3 số bệnh nhân, là đột biến mất đoạn 5 kb (8470 - 13447) được giới
hạn bởi trình tự lặp 13 bp (type I) [24].
Mặc dù có nguồn gốc khác nhau, hầu hết đột biến mất đoạn mtDNA đều có
đặc điểm chung, chủ yếu xảy ra từ quá trình sao chép. Cơ chế xảy ra đột biến cũng
giống nhau, Krishnan và cộng sự [24] đã đề xuất rằng mất đoạn mtDNA phát sinh
trong quá trình sửa chữa các sai hỏng trong phân tử mtDNA tái bản. Số lượng
nucleotide bị mất và tần suất xuất hiện của đột biến trong các mô là cơ sở quan
trọng cho việc xác định triệu chứng lâm sàng của bệnh, nhưng có thể không tỷ lệ
thuận với nhau.
1.2.2. Các bệnh do đột biến gen ty thể
Ty thể là bào quan sản xuất năng lượng quan trọng trong các tế bào nhân
chuẩn. Bệnh ty thể là bệnh lý trong đó khả năng sản xuất năng lượng và đảm
nhiệm vai trò bình thường trong tế bào của ty thể bị tổn hại. Nhiều nghiên cứu

15