Việc lựa chọn thuốc trong điều trị bệnh ở người đang là vấn đề quan tâm trong nghiên cứu Y học cá nhân và tìm kiếm các SNP là hướng tiếp cận hiện đại, là cơ sở Y sinh học trong điều trị bệnh ở người. Xin giới thiệu bài viết của GS.TS. Chu Hoàng Mậu về nội dung này.
SNP
Đa hình nucleotide đơn (Single nucleotide polymorphism-SNP) được định nghĩa là một kiểu đa hình liên quan đến sự biến đổi của một cặp base duy nhất (Hình 1). Các nghiên cứu đang tìm kiếm các SNP trong hệ gen liên kết với bệnh, phản ứng thuốc và các kiểu hình khác của người nhằm mục đích lựa chọn dược phẩm phù hợp trong điều trị bệnh ở người.
Hình 1. Các kiểu sắp xếp cặp base trong 6 kiểu SNP
Các SNP là loại biến dị di truyền phổ biến nhất ở người. Mỗi SNP đại diện cho sự khác biệt về một cặp nucleotide của DNA, đó là sự thay thế nucleotide loại này bằng nucleotide loại khác không bổ sung (ví dụ cytosine -C bằng thymine -T) trong một đoạn DNA nhất định. SNP xảy ra bình thường trong một phân tử DNA của người, tần suất xuất hiện các SNP là thấp. Mỗi vị trí SNP trong hệ gene có thể có tối đa bốn phiên bản, ứng với 4 loại nucleotide A, C, G và T. Tuy nhiên, không phải tất cả các thay đổi nucleotide đều là SNP. Để được gọi là SNP, hai hoặc nhiều phiên bản của một trình tự phải có mặt trong ít nhất 1% cá thể trong quần thể. SNP xuất hiện trong toàn bộ hệ gene người với tần suất 1/300, nghĩa là cứ 300 bp có một SNP và trong 3 tỷ nucleotide của DNA người sẽ có khoảng 10 triệu SNP. Những biến thể SNP có thể là duy nhất hoặc xảy ra ở nhiều cá thể, hiện nay đã tìm thấy hơn 100 triệu SNP trong các quần thể người trên toàn thế giới. Sự phân bố các SNP trong quần thể theo tỷ lệ là: 40%A, 34%C, 25%G, 1%T.
SNP và đột biến gene gây bệnh ở người không giống nhau. SNP và đột biến gene đều mô tả tương tự là sự biến đổi ở một cặp nucleotide, cả SNP và đột biến gene đều là sự khác biệt cặp bp trong DNA, nhưng SNP khác với đột biến gene gây bệnh ở chỗ: i) SNP xuất hiện với tần suất ít nhất 1% số cá thể trong quần thể; đột biến gene gây bệnh có tần số rất thấp (khoảng 10-4- 10-6); ii) Hầu hết các đột biến gây bệnh xảy ra trong vùng mã hóa hoặc ở vùng điều hòa và ảnh hưởng đến chức năng của protein do gene mã hóa. Không giống như đột biến, SNP không nhất thiết phải nằm trong gene và chúng không phải lúc nào cũng ảnh hưởng đến chức năng của protein (Hình 2). Có thể tra cứu các thông tin và dữ liệu SNP trên website: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/
SNP được chia thành hai loại chính:
1) SNP được liên kết (còn gọi là SNP chỉ định) không cư trú trong gene và không ảnh hưởng đến chức năng protein. Tuy nhiên, chúng tương ứng với một phản ứng thuốc cụ thể hoặc nguy cơ mắc một bệnh nào đó.
2) SNP ảnh hưởng đến chức năng của protein, liên kết với một bệnh hoặc ảnh hưởng đến phản ứng của cá thể với thuốc. SNP gây bệnh có hai dạng: SNP mã hóa là các SNP nằm trong vùng mã hóa của gene, làm thay đổi trình tự amino acid của protein do gene mã hóa. SNP không mã hóa, nằm trong trình tự điều hòa của gene, làm thay đổi thời gian, vị trí hoặc mức độ biểu hiện gene. Như vậy, những SNP được tìm thấy ở vị trí giữa các gene, hoạt động như chỉ thị phân tử liên quan đến bệnh ở người. Khi SNP xuất hiện trong một gene hoặc ở các vị trí gần gene, chúng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng của gene.
Hình 2. Ảnh hưởng của các SNP ở các vị trí khác nhau đến hoạt động của gene
Xác định các SNP trong hệ gene người
Tiếp cận nghiên cứu xác định, lập danh mục và mô tả SNP trong hệ gene người theo hai cách chính như sau:
1) Phương pháp tiếp cận nghiên cứu hệ gene được sử dụng khi có bức tranh đầy đủ của hệ gene người, xác định và lập danh mục tất cả các SNP trong hơn 3 tỷ cặp base của hệ gene người. Thực hiện so sánh hệ gene của nhiều cá thể để xác định sự khác biệt và bằng kỹ thuật phân tích dữ liệu, các SNP được sắp xếp và lập danh mục trong cơ sở dữ liệu.
2) Phương pháp tiếp cận chức năng được sử dụng một bệnh hoặc sự phản ứng thuốc cụ thể. Quá trình sinh học và phản ứng thuốc liên quan đến một bệnh được kiểm soát bởi hoạt động của nhiều gene. Các gene đã biết liên quan đến phản ứng hoặc một bệnh cụ thể được kiểm tra ở những người bị bệnh và không bị bệnh; bằng cách so sánh có thể xác định được SNP tương ứng với một chức năng hoặc một phản ứng cụ thể.
SNP lần đầu tiên được xác định từ trình tự DNA từ nhiều người, tuy nhiên, do giải trình trình tự DNA là tương đối tốn kém và mất thời gian, cho nên các nhà khoa học đã tìm ra các phương pháp khác để phát hiện các SNP trong hệ gene người. Sự mở rộng mồi là một phương pháp được sử dụng để xác định các phiên bản SNP của nhiều người từ một SNP đã biết của hệ gene một người. Phương pháp mở rộng mồi để xác định các SNP được tóm tắt ở sơ đồ hình 3.
Hình 3. Phương pháp xác định các SNP bằng PCR với trình tự mồi và mồi SNP có trình tự kết thúc bằng base ở vị trí SNP ở đầu 3’.
Ứng dụng phân tích SNP trong điều trị bệnh ở người
Hầu hết SNP không ảnh hưởng đến sức khỏe hoặc sự phát triển của một cá thể, tuy nhiên, một số khác biệt di truyền đã được chứng minh là rất quan trọng trong nghiên cứu sức khỏe con người. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các SNP có thể giúp dự đoán phản ứng của cá thể đối với một số loại thuốc, nhạy cảm với các yếu tố môi trường như độc tố, nguy cơ phát triển các bệnh cụ thể. SNP cũng có thể được sử dụng để theo dõi sự di truyền của các gene gây bệnh trong một gia đình. Việc xác định, lập danh mục và nghiên cứu các biến thể di truyền nhỏ ở người sẽ tạo cơ sở cho các phương pháp điều trị y tế chuyên biệt và hiệu quả hơn. SNP đáng tin cậy là chỉ thị cho quyết định về nhiều khía cạnh chăm sóc y tế, như các bệnh cụ thể, hiệu quả của các loại thuốc và phản ứng bất lợi với các loại thuốc cụ thể. Phương pháp dược lý này có thể tiết kiệm thời gian, tiền bạc cho hàng triệu bệnh nhân thông qua chẩn đoán chính xác và đưa ra phác đồ điều trị với các loại thuốc thích hợp. Các nghiên cứu trong tương lai sẽ có tác dụng xác định SNP liên quan đến các bệnh phức tạp như bệnh tim, tiểu đường và ung thư.
Một khái niệm quan trọng khi tiếp cận ứng dụng SNP trong điều trị bệnh, đó là thể đơn bội (haplotype). Nếu chỉ có một SNP duy nhất (A T G A/G G T A sẽ không thể có nhiều thông tin về một người. Để xác định mối liên quan giữa SNP và phản ứng với thuốc, cần phải xem xét nhiều SNP trên một đoạn DNA có kích thước lớn hơn. Ví dụ: một đọan DNA chứa 3 SNP: C G T/C G A T A A/G G T A C C G/T A T
Cứ mỗi sự kết hợp của SNP được gọi là thể đơn bội-haplotype, do đó trong ví dụ này, dọc theo vùng DNA này khả năng sẽ có 8 haplotype như sau:
- C G T G A T A A G T A C C G A T Haplotype 1
- C G T G A T A A G T A C C T A T Haplotype 2
- C G T G A T A G G T A C C G A T Haplotype 3
- C G T G A T A G G T A C C T A T Haplotype 4
- C G C G A T A A G T A C C G A T Haplotype 5
- C G C G A T A A G T A C C T A T Haplotype 6
- C G C G A T A G G T A C C G A T Haplotype 7
- C G C G A T A G G T A C C T A T Haplotype 8
Khi xem xét các mẫu DNA từ một nhóm lớn thì chỉ có mặt 4 trong số các khả năng trên và thực tế chỉ có một số haplotypes có thể thực sự tồn tại.
C G T G A T A A G T A C C G A T
C G T G A T A G G T A C C G A T
C G C G A T A A G T A C C T A T
C G C G A T A G G T A C C T A T
Trong một gia đình, mỗi người con nhận được một haplotype từ mẹ và một haplotype thứ hai từ bố. Như vậy, hai haplotype hay một cặp haplotype (lưỡng bội) tạo thành hồ sơ SNP của mỗi người.
Hai haplotypes trong một cặp có thể khác nhau hoặc giống nhau.
