Đột biến gen COL1A1 trên bệnh nhân tạo xương bất toàn

Nghiên cứu Y học

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 17 * Số 1 * 2013

ĐỘT BIẾN GEN COL1A1 TRÊN BỆNH NHÂN TẠO XƯƠNG BẤT TOÀN
Bùi Thị Hồng Châu*, Trần Vân Khánh*, Hồ Cẩm Tú*, Trần Huy Thịnh * Tạ Thành Văn*

TÓMTẮT
Mở đầu: Tạo xương bất toàn là bệnh di truyền trội trên nhiễm sắc thể thường, 85% gây nên do đột biến gen
tổng hợp collagen týp 1 (COL1A1). Bố hoặc mẹ mắc bệnh có khả năng truyền bệnh cho con 50%.
Mục tiêu: Xác định đột biến gen COL1A1 ở bệnh nhân và bố mẹ bệnh nhân tạo xương bất toàn.
Đối tượng phương pháp nghiên cứu: 07 bệnh nhân tạo xương bất toàn và bố mẹ bệnh nhân được lựa chọn
nghiên cứu. Kỹ thuật giải trình tự gen trực tiếp được sử dụng để phát hiện đột biến.

Kết quả: 5/7 bệnh nhân tạo xương bất toàn được phát hiện là có đột biến gen COL1A1, trong đó 2 trường
hợp là di truyền từ bố và 2 trường hợp là di truyền từ mẹ, 1 trường hợp là đột biến mới phát sinh.
Kết luận: Phát hiện đột biến gen trên bố, mẹ bệnh nhân đóng vai trò quan trọng trong công tác tư vấn di
truyền
Từ khóa: Bệnh tạo xương bất toàn, COL1A1, đột biến

ABSTRACT
MUTATIONAL SPECTRUM OF COL1A1 GENE IN PATIENTS WITH OSTEOGENESIS
IMPERFECTA
Bui Thi Hong Chau, Tran Van Khanh, Ho Cam Tu, Tran Huy Thinh, Ta Thanh Van
* Y Hoc TP. Ho Chi Minh * Vol. 17 - No 1 - 2013: 20 - 24
Background: Osteogenesis imperfecta, an autosomal dominant disease, is caused by mutation on gene coded
for collagen type 1 (COL1A1). Parent with this genetic disease deliver 50% of the ability of osteogenesis
imperfecta for their children.
Objective: Identification of COL1A1 gene mutation in OI patients and their parent.
Method: 7 osteogenesis imperfecta patients and their parents were selected for this study. Direct sequencing
was used to detect the mutation.

Results: The results showed that 5/7 patients were found to have the mutation in COL1A1 gene; including
two cases are inherited from the father and the two cases are inherited from the mother, one case was found as de
novo mutation.
Conclusion: Identify the mutations in COL1A1 gene is important for genetic counseling.
Keywords: Osteogenesis imperfecta, COL1A1, mutation
người mẹ bị bệnh, nguy cơ sinh con bị bệnh là
MỞĐẦU
50% và không bị bệnh là 50%. Chẩn đoán bệnh
Tạo xương bất toàn (Osteogenesis Imferfecta
OI không phức tạp ở những trường hợp có tiền
– OI) là bệnh di truyền trội trên nhiễm sắc thể
sử gia đình rõ hoặc biểu hiện bệnh nặng, có tiền
thường, chủ yếu do đột biến gen tổng hợp
sử gãy xương. Với những trường hợp không có
collagen týp 1 (COL1A1). Nguy cơ mắc bệnh ở
tiền sử gia đình hoặc gãy xương không có kết
nam và nữ là như nhau. Khi người bố hoặc
hợp với những bất thường ngoài xương thì chẩn
* Trung tâm Nghiên cứu Gen-Protein, Trường Đại học Y Hà Nội
Tác giả liên lạc: TS. Trần Vân Khánh ĐT: 0915958661
Email:

20


Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 17 * Số 1 * 2013
đoán tương đối khó khăn, ngoài những tiêu
chuẩn chẩn đoán về mặt lâm sàng, cần kết hợp
thêm với xét nghiệm số lượng và cấu trúc phân
tử collagen týp 1 qua nuôi cấy nguyên bào sợi từ

da bệnh nhân và kết hợp phân tích gen(9,2).
Kết quả phân tích gen là tiền đề quan trọng
giúp chẩn đoán trước sinh đối với các đối tượng
có nguy cơ cao sinh con bị bệnh để đưa ra những
tư vấn di truyền giúp ngăn ngừa và giảm tỉ lệ
mắc bệnh(6, 3). Nghiên cứu này được thực hiện tại
Trung Tâm nghiên cứu Gen - Protein, Trường
Đại học Y Hà Nội với mục đích xác định đột biến
gen COL1A1 ở bệnh nhân và bố mẹ bệnh nhân
tạo xương bất toàn.

Nghiên cứu Y học
ABI-PRISM. Trình tự gen được đối chiếu và so
sánh với trình tự trên GenBank (National center
for biotechnology information, NCBI) để phát
hiện đột biến.

KẾTQUẢ
Kết quả PCR
Sau khi thu được DNA có nồng độ và độ
tinh sạch cao, kỹ thuật PCR được tiến hành để
khuyếch đại gen COL1A1.

PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
Đối tượng nghiên cứu
- 07 bệnh nhân được chẩn đoán bệnh OI tại
Khoa Nội tiết- Chuyển hóa - Di truyền, Bệnh
viện Nhi Trung ương dựa vào triệu chứng lâm
sàng và cận lâm sàng điển hình.
- Các cặp bố mẹ của các bệnh nhân trên.

Phương pháp nghiên cứu
Lấy mẫu bệnh phẩm
Bệnh nhân được lấy 2ml máu tĩnh mạch
chống đông trong EDTA, đảm bảo vô trùng.
Tách chiết DNA
DNA tổng số được tách chiết từ máu toàn
phần chống đông EDTA bằng dung dịch
phenol: chloroform: isopropanol (25:24:1).
Nồng độ và độ tinh sạch DNA được đo trên
máy Nanodrop 1000.
Kỹ thuật PCR
Những mẫu DNA đạt giá trị OD 280/260 ≥
1,8 được sử dụng để khuếch đại với các cặp
mồi đặc hiệu. Chu kỳ nhiệt: 94oC/5phút (94oC/1phút - 59oC/1phút - 72oC/ 2phút) x 35
chu kỳ - 72oC/5phút. Sản phẩm PCR được bảo
quản ở 4oC.
Giải trình tự gen
Sản phẩm PCR tiến hành giải trình tự trên
máy 3100-Avant Genetic Analyzer của hãng

Hình 1: Hình ảnh PCR đoạn gen được khuyếch đại từ
exon 39 - 41 của gen COL1A1. C mẫu đối chứng, 1-7
mẫu bệnh nhân. MK: Marker 100 bp
Sản phẩm PCR được tiến hành giải trình tự
gen trực tiếp để xác định đột biến, kết quả cho
thấy 5/7 bệnh nhân được phát hiện có đột biến
điểm trên gen COL1A1. Bố, mẹ của bệnh nhân
cũng được tiến hành xác định đột biến để tìm
nguyên nhân gây bệnh của người con có phải là

di truyền do bố mẹ hay không.

Trường hợp 1
Phân tích gen COL1A1 của bố mẹ bệnh nhân
số 20 cho thấy người bố bệnh nhân bị đột biến dị
hợp tử 7599-31C>T tại intron 31, người mẹ bệnh
nhân không có đột biến. Như vậy bệnh nhân số
20 có đột biến 7599-31C>T dị hợp tử tại intron 31
là do nhận 1 alen đột biến từ người bố (Hình 2).
Tương tự, kết quả phân tích gen COL1A1 ở
trường hợp 2, gia đình bệnh nhân số 43 cho thấy
người bố bệnh nhân bị đột biến dị hợp tử
3479+33T>C tại intron 33, người mẹ bệnh nhân
không có đột biến, hai em gái và em trai bệnh
nhân không có đột biến. Như vậy bệnh nhân số

21


Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 17 * Số 1 * 2013

Nghiên cứu Y học
43 có đột biến 3479+33T>C tại intron 33 dị hợp tử

là do nhận 1 alen đột biến từ người bố. (Hình 3).
c.7599-31C

c.7599-31C>T

Bố bệnh nhân mã số 20

Mẹ bệnh nhân mã số 20
c.7599-31C>T

Bệnh nhân mã số 20

Hình 2: Đột biến 7599-31C>T tại intron 31 trên gen COL1A1 của bố mẹ bệnh nhân số 20. Mũi tên thẳng
đứng chỉ vị trí đột biến, các chữ số trên mũi tên chỉ vị trí nucleotid và acid amin thay đổi
I
1
II

Nam bị bệnh

2

1

Nữ bình thường
Nữ bị bệnh

Hình 3 : Phả hệ gia đình mã số 20 (mũi tên: BN mã
số 20)

Trường hợp 3
Phân tích gen COL1A1 ở gia đình bệnh nhân
số 8 cho thấy người bố bệnh nhân không có đột
biến, người mẹ bệnh nhân bị đột biến dị hợp tử
thay thế G thành T tại vị trí 2183 làm cho bộ ba
tại vị trí 686 mã hóa Glycin chuyển thành Valin

(p.Gly686Val). Bệnh nhân số 8 và người em trai
có đột biến dị hợp tử là do nhận 1 alen đột biến
từ người mẹ (Hình 4).

22

Tương tự, kết quả phân tích gen COL1A1 ở
gia đình bệnh nhân số 23 cho thấy người mẹ
bệnh nhân bị đột biến dị hợp tử thay thế G thành
A tại vị trí 2587 làm cho bộ ba tại vị trí 821 mã
hóa Glycin chuyển thành Serin (p.Gly821Ser),
người bố bệnh nhân không có đột biến. Bệnh
nhân số 23 có đột biến là do nhận 1 alen đột biến
từ người mẹ.
Kết quả phân tích gen COL1A1 ở gia đình
bệnh nhân bệnh nhân mã số 03, exon 6 có sự
thay đổi nucleotid C653A (thay đổi Serin vị trí
176 thành Tyrosin) và C654G (không làm thay
đổi acid amin) đều ở dạng dị hợp tử. Khi cả hai
đột biến này xảy ra đồng thời sẽ biến đổi codon
TCC (mã hoá cho Serin) thành mã kết thúc TAG
(p.S176Stop). Người mẹ và người bố bệnh nhân
không tìm thấy đột biến gen. (Hình 5) .


Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 17 * Số 1 * 2013

Nghiên cứu Y học
c. 2183G>T
p.Gly686Val

c. 2183G

Bố bệnh nhân

Mẹ bệnh nhân

c. 2183G>T
p.Gly686Val

c. 2183G>T
p.Gly686Val

Bệnh nhân mã số 8

Em trai bệnh nhân

Hình 4: Hình ảnh đột biến c.2183 G>T p.Gly686Val trên gen COL1A1 của các thành viên gia đình bệnh nhân
8. Mũi tên thẳng đứng chỉ vị trí đột biến, các chữ số trên mũi tên chỉ vị trí nucleotid và acid amin thay đổi.
I
1

2

II
1

Nam bình thường

2

Nam bị bệnh

3

Nữ bình thường

Nữ bị bệnh

Hình 5: Phả hệ gia đình mã số 8 (mũi tên: BN mã số 8)

BÀNLUẬN
OI là bệnh di truyền trội trên nhiễm sắc thể
thường do đột biến gen tổng hợp collagen týp 1.
Như vậy, chỉ cần một alen mang gen đột biến là
người mang gen này đã mắc bệnh hoặc chỉ cần
người bố hoặc người mẹ bị bệnh thì 50% khả
năng sinh con mắc bệnh OI(8).
Nghiên cứu cho thấy có 5/7 bệnh nhân OI có
mang đột biến gen COL1A1. Trong đó, 2 trường
hợp là di truyền từ người bố và 2 trường hợp là

di truyền từ người mẹ. Chỉ có duy nhất 1 trường
hợp do đột biến mới phát sinh, người mẹ và
người bố đều bình thường.
Có khoảng 250 đột biến được tìm thấy ở trên
gen COL1A1 chủ yếu là dạng thay đổi một
nucleotid, phá vỡ cấu trúc bộ ba Gly-X-Y dẫn
đến sự mất đi tính bền vững của protein. Những
dạng đột biến khác như mất, lặp đoạn hoặc bổ

sung nucleotid hiếm gặp hơn(7). Các đột biến
thay thế Glycin (Gly) cũng như cấu trúc Gly-X-Y
có vai trò quan trọng và thường là nguyên nhân

23


Nghiên cứu Y học

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 17 * Số 1 * 2013

gây rối loạn cấy trúc collagen I. Vùng này trải dài
từ exon 6 đến exon 49 của gen COL1A1. Như
vậy không chỉ các đột biến trong exon mà các
đột biến nằm trong vùng intron đều ảnh hưởng
đến cấu trúc chuỗi xoắn bậc ba. Thực tế đã
chứng minh, 18% đột biến intron ở chuỗi DNA
của gen COL1A1 được công bố gây bệnh OI
(Osteogenesis Imperfecta Variant Database).
Hiện nay có 217 đột biến tại vùng intron của gen
COL1A1 được công bố tại ngân hàng dữ liệu
Osteogenesis Imperfecta Variant Database. Đột
biến 7599-31C>T dị hợp tử tại intron 24 xuất hiện
ở bệnh nhân mã số 20 và người bố của bệnh
nhân. Đột biến này cách đầu 5’ của exon 25
khoảng 31 nucleotid có thể gây nhiễu vị trí cắt
nối giữa exon 24 và 25. Tương tự ở bệnh nhân
mã số 43, người bố của bệnh nhân xuất hiện đột
biến dị hợp tử tại intron 7, cách đầu 3’ của exon 7
một khoảng 33 nucleotid, 3479+33T>C. Đột biến

này có thể gây ảnh hưởng quá trình cắt nối giữa
exon số 7 và 8.

được alen đột biến từ người mẹ hoặc từ người
bố nên đây là đột biến mới phát sinh(7,1).

Trường hợp bệnh nhân mã số 08, đột biến
thay thế G vị trí 2183 trên mRNA của gen
COL1A1 (NM_000088.3) thành T làm thay đổi
acid amin Glycin vị trí 686 thành Valin, cũng tìm
thấy ở người mẹ và người em trai của bệnh nhân
(đều bị bệnh OI). Đột biến này đã được công bố
hai lần tại ngân hàng dữ liệu Osteogenesis
Imperfecta Variant Database và được khẳng
định là đột biến gây bệnh OI(7,5). Một trường hợp
khác, đột biến p.Gly821Ser ở bệnh nhân mã số 23
cũng được công bố 13 lần ở châu Âu, châu Á và
châu Mỹ với tỷ lệ khoảng 11% trong tổng số đột
biến tìm thấy trên gen COL1A1.

3.

Trường hợp bệnh nhân mã số 03, xuất hiện
hai đỉnh trùng nhau ở hai vị trí 653, 654
(NM_000088.3, NCBI) đã tạo ra mã kết thúc
(nonsense mutation). Tuy nhiên, khi phân tích
trên bố, mẹ bệnh nhân tại vị trí này không thấy
có đột biến chứng tỏ bệnh nhân không nhận

24

KẾTLUẬN
Đã phát hiện được 5/7 bệnh nhân có đột biến
gen COL1A1 trong đó 2 trường hợp là di truyền
từ bố và 2 trường hợp là di truyền từ mẹ, 1
trường hợp là đột biến mới phát sinh.
Chú thích: Nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu
Gen – Protein, Trường Đại học Y Hà Nội trên cơ sở của đề tài cấp
Bộ: “Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật sinh học phân tử để xác
định đột biến gen (COL1A1, COL1A2) gây bệnh tạo xương bất
toàn (Osteogenesis Imperfecta: OI) ở trẻ em Việt Nam” - Chủ
nhiệm đề tài: TS.TRẦN VÂN KHÁNH - Với sự tài trợ kinh phí từ
Ngân sách Sự Nghiệp Khoa Học cấp Bộ Y tế đã được duyệt năm
2011.

TÀILIỆUTHAMKHẢO
1.

2.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Bùi Thị Hồng Châu, Trần Vân Khánh, Hồ Cẩm Tú, Trần Huy
Thịnh, Vũ Chí Dũng, Tạ Thành Văn (2012), “Một trường hợp
đột biến tạo mã kết thúc trên gen COL1A1 ở bệnh nhân tạo
xương bất toàn”, Tạp chí nghiên cứu Y học 78, (1), tr. 10-3
Buisson O, Senat MV, Laurenceau N, Ville Y (2006), “Prenatal
diagnosis of type II osteogenesis imperfecta, describing a new
mutation in the COL1A1 gene”, Prenat Diagn., 26, pp. 394.
Frank Rauch, Francis H Glorieux (2004), “Osteogenesis
Imperfecta”, The Lancet, 363.
Hồ Cẩm Tú, Trần Vân Khánh, Trần Huy Thịnh, Bùi Thị Hồng
Châu, Lê Hoài Chương, Tạ Thành Văn (2012), “Phát hiện đột
biến gen COL1A1 ở bệnh nhi tạo xương bất toàn”, Tạp chí
nghiên cứu Y học 78, (1), tr. 5-10.
Leśniewicz R and al. (2001), “Prenatal and neonatal diagnosis
of osteogenesis imperfecta in obstetrical practice”, Ginekol Pol.,
72, pp. 456-465.
Leśniewicz R, Galicka A, Anchim T, Skotnicki M, Wołczyński S,
Urban J (2001), “Prenatal and neonatal diagnosis of
osteogenesis imperfecta in obstetrical practice”, Ginekol Pol.,
72, pp. 456-65.
Liu W and al. (2007), “A novel COL1A1 nonsense mutation
causing osteogenesis imperfecta in a Chinese family”, Mol Vis.,
13, pp. 360-5.
Pollitt R, McMahon R, Nunn J, Bamford R, Afifi A, Bishop N,
Dalton A (2006), “Mutation analysis of COL1A1 and COL1A2
in patients diagnosed with osteogenesis imperfecta type I-IV”,
Hum Mutat., 27, pp. 716.
Trần Vân Khánh (2011), “Bệnh tạo xương bất toàn”, Bệnh học

phân tử, Nhà xuất bản y học, tr. 208-16.

Ngày nhận bài: 10/12/2012
Ngày phản biện đánh giá bài báo: 06/01/2013
Ngày bài báo được đăng: 31/01/2013