Tải bản đầy đủ

ẢNH HƯỞNG của các đột BIẾN TRÊN GEN SCN5A đến cơ CHẾ BỆNH SINH của hội CHỨNG BRUGADA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI

ĐẶNG DUY PHƯƠNG

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐỘT BIẾN
TRÊN GEN SCN5A ĐẾN CƠ CHẾ BỆNH SINH
CỦA HỘI CHỨNG BRUGADA

TIỂU LUẬN TỔNG QUAN

HÀ NỘI – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ


TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI

ĐẶNG DUY PHƯƠNG

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐỘT BIẾN
TRÊN GEN SCN5A ĐẾN CƠ CHẾ BỆNH SINH
CỦA HỘI CHỨNG BRUGADA
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Trần Huy Thịnh
Cho đề tài: Nghiên cứu đặc điểm lâm sàng, cận lâm sàng
và đột biến gen SCN5A của bệnh nhân hội chứng Brugada

Chuyên ngành : Nội Tim mạch
Mã số

: 62720141

TIỂU LUẬN TỔNG QUAN

HÀ NỘI – 2018


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ATP
bp
cDNA
DNA
kb
kDa
INa
Ito
ID
HGNC
mRNA
NCBI

: Adenosine triphosphate
: đôi base (cặp base)(base pair)
: DNA tái tổ hợp (complementary DNA)
: Deoxynucleic acid
: đơn vị số lượng 1000 đôi base (kilobase)
: đơn vị trọng lượng phân tử của protein (kilo dalton)
: Dòng natri đi vào tế bào cơ tim (inward sodium current)
: Dòng kali đi ra khỏi tế bào cơ tim (outward potassium current)
: (mã số) nhận dạng (Identification)
: Uỷ ban Danh pháp gen người (Human gene nomenclature comittee)
: RNA thông tin (messenger ribonucleic acid)
: Trung tâm Dữ liệu tin sinh học quốc gia (Hoa kỳ) (National Center for
Biotechnology Information)
n.d.
: Không tìm thấy (non-detected)
NM
: Chữ bắt đầu cho mã số của một trình tự mRNA của một gen
NP
: Chữ bắt đầu cho mã số của một trình tự protein của một biến thể sao mã
RefSeq : Mã số trình tự (reference sequence)
UTR
: Vùng không dịch mã (untranslated region)


MỤC LỤC

1. ĐẶT VẤN ĐỀ...............................................................................................1
2. TỔNG QUAN VỀ HỘI CHỨNG BRUGADA.............................................3
2.1. Hoạt động điện thế của màng tế bào cơ tim............................................3
2.2. Hội chứng Brugada và phân loại............................................................5
2.3. Biến đổi điện tim của hội chứng Brugada..............................................6
2.4. Nguyên nhân gây ra hội chứng Brugada................................................9
3. GEN SCN5A.................................................................................................9
3.1. Cấu trúc gen............................................................................................9
3.2. Sự biểu hiện gen...................................................................................10
3.3. Các biến thể lựa chọn exon...................................................................11
3.4. Điều hoà sao mã...................................................................................14
4. BÁN ĐƠN VỊ ALPHA CỦA KÊNH Nav1.5...............................................14
4.1. Cấu trúc và chức năng các vùng cấu trúc.............................................14
4.2. Sự phân bố acid amin theo các vùng cấu trúc......................................17
4.3. Sự thay đổi trạng thái cấu hình theo hoạt động điện thế màng trong điều
kiện sinh lý................................................................................................18
5. ĐỘT BIẾN TRÊN GEN SCN5A GÂY HỘI CHỨNG BRUGADA...........21
5.1. Hậu quả của các biến đổi di truyền trên gen SCN5A đến hoạt động sinh
lý và cấu trúc của tim................................................................................21
5.2. Đặc điểm của các biến đổi di truyền trên gen SCN5A liên quan đến hội
chứng Brugada..........................................................................................25
6. KẾT LUẬN.................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH
Bảng 1. Phân loại hội chứng Brugada bằng đặc điểm điện tâm đồ ..................6
Bảng 2. Các biến thể lựa chọn exon (sao mã) của gen SCN5A .....................12
Hình 1. Các pha điện thế màng tế bào cơ tim và biểu hiện tương ứng trên điện
tâm đồ....................................................................................................4
Hình 2. Hình ảnh điện tâm đồ của hội chứng Brugada.....................................5
Hình 3. Sự thay đổi điện thế hoạt động của hai lớp tế bào cơ tim thất phải
ở người bình thường và người bệnh hội chứng Brugada......................8
Hình 4. Cấu trúc gen SCN5A gồm 28 exon và chiều dài tương ứng mỗi exon
.............................................................................................................10
Hình 5. Sơ đồ trình tự của bốn biến thể lựa chọn exon chính của gen SCN5A ...13
Hình 6. Cấu trúc bán đơn vị alpha của protein Nav1.5....................................15
Hình 7. Hoạt động của kênh Nav và Kv trên màng tương ứng với các hoạt
động điện thế của màng tế bào............................................................19
Hình 8. Các bệnh lý tim liên quan đến biến đổi di truyền trên gen SCN5A........21
Hình 9. Tỷ lệ đột biến gen SCN5A ở quần thể nghi ngờ hội chứng Brugada
qua một số trung tâm...........................................................................26
Hình 10. Tỷ lệ hiện diện các loại đột biến nghi ngờ gây hội chứng Brugada. 27
Hình 11. Sơ đồ phân bố các loại đột biến nghi ngờ gây hội chứng Brugada
trên các vùng cấu trúc protein bán đơn vị alpha của kênh Nav1.5......28


1

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Năm 1996, thuật ngữ "hội chứng Brugada" (Brugada syndrome) được sử
dụng lần đầu tiên để mô tả tình trạng "bloc nhánh phải, ST chênh lên từ
chuyển đạo V1-V3 trên điện tâm đồ và hội chứng đột tử do tim" [1]. Vài năm
sau, hội chứng Brugada được mô tả như một hội chứng đột tử về đêm không
giải thích được, được gọi là bangungut ở Philippines, là pokkuri ở Nhật, hoặc
là lai tai ở Thái Lan, với đặc điểm nổi bật là tình trạng đột tử vào ban đêm ở
nam giới quanh tuổi 40 [2].
Hội chứng Brugada chiếm tỷ lệ cao nhất trong hội chứng đột tử do tim,
thuộc nhóm bệnh bất thường kênh ion ở tế bào cơ tim, thường gây ra những
cơn nhịp nhanh thất đa dạng và rung thất dẫn đến đột tử [3],[4]. Bệnh được
chú ý nhiều ở vùng Đông Nam Á, bao gồm cả Việt Nam với rất ít biểu hiện
lâm sàng. Ngày nay, nguyên nhân bệnh được nhiều tác giả chấp nhận là do
tổn thương về mặt di truyền. Hội chứng Brugada và các rối loạn nhịp tim
khác, là những bệnh di truyền phối hợp đa gen. Đột biến trên một số gen mã
hoá cho các thành phần cấu trúc hoặc điều hoà của các kênh ion trên màng tế
bào cơ tim, làm biến đổi chức năng sinh lý của các protein này, tạo ra các thay
đổi về dẫn truyền điện học của cơ tim, biểu hiện trên điện tâm đồ và trên lâm
sàng của hội chứng Brugada.
Trong các gen chịu trách nhiệm đã được công bố, gen SCN5A, mã hoá
cho bán đơn vị alpha của kênh natri Nav1.5 trên màng tế bào cơ tim, và các
đột biến của nó, đóng vai trò quan trọng nhất gây ra hội chứng Brugada [5].
Với tần suất lưu hành từ 11-28% trong nhóm đã được chẩn đoán hội chứng
Brugada và khoảng 50% trong nhóm hội chứng Brugada có đột biến gen được
xác định [6],[7], đột biến trên gen SCN5A là nhóm đột biến duy nhất [8],[9]:


2

Được khuyến cáo chỉ định (class I) cho người cùng huyết thống với
người có mang đột biến gen gây hội chứng Brugada.
Có thể hữu ích (class II) đối với người bệnh nghi ngờ mắc hội chứng
Brugada (dựa trên các thông tin về bệnh sử, tiền căn gia đình, đặc điểm điện
tâm đồ 12 chuyển đạo khi nghỉ và/hoặc thử nghiệm kích thích thất bằng
thuốc).
Có thể được xem xét hoặc cân nhắc (class III) đối với người có đặc điểm
điện tâm đồ Brugada típ 2 hoặc típ 3.
Các đột biến trên gen SCN5A đa dạng và phân bố rải rác trên khắp chiều
dài của gen. Do đó, mỗi loại đột biến sẽ gây biến đổi một vùng cấu trúc kênh
natri đặc hiệu, đảm nhận các chức năng khác nhau của kênh. Điều này chi
phối hoạt động sinh lý của kênh và tạo ra các kiểu hình đa dạng của hội chứng
Brugada. Việc xác định được vị trí đột biến, ảnh hưởng của đột biến đến cấu
trúc protein Nav1.5 và thay đổi hoạt động điện của màng tế bào cơ tim chính
là "điểm nút" để tối ưu hoá, cá thể hoá điều trị cho người bệnh. Cho đến nay,
hơn 300 loại đột biến trên gen SCN5A đã được công bố, tuy nhiên, không
phải cơ chế hoạt động của tất cả các đột biến đều đã được làm rõ.
Tổng quan này cung cấp các kiến thức cơ sở, tổng quát về hội chứng
Brugada, về cấu trúc và chức năng của gen SCN5A và protein Na v1.5, cũng
như phân tích cơ sở dữ liệu về ảnh hưởng của các đột biến trên gen này đến
cơ chế bệnh sinh của hội chứng Brugada.


3

2. TỔNG QUAN VỀ HỘI CHỨNG BRUGADA
2.1. Hoạt động điện thế của màng tế bào cơ tim
Sự co của tế bào cơ tim được kiểm soát chặt chẽ bởi sự lan tỏa của điện
thế hoạt động màng từ nút xoang cho đến các tâm thất. Thành thất gồm ba lớp
tế bào: lớp trong hay còn gọi là nội tâm mạc (endocardium), lớp giữa (Mcell), và lớp ngoài hay còn gọi là thượng/ngoại tâm mạc (epicardium). Điện
thế hoạt động màng là hoạt động thay đổi điện tích ở hai bên màng của một tế
bào cơ tim xảy ra trong một khoảng thời gian xác định, từ ngay trước khi bắt
đầu thời kỳ tâm thu (khử cực) cho đến khi kết thúc thời kỳ tâm trương (tái
cực). Điện thế màng của một tế bào cơ tim là kết quả hoạt động phối hợp của
các kênh ion natri, kali và calci, được xác định bằng cách gắn vi điện cực vào
trong tế bào cơ tim và được chia làm năm pha (hình 1) (trừ pha nghỉ).
- Pha nghỉ: cân bằng ion ra vào, điện thế nghỉ, thể hiện là đường đẳng
điện trên ECG. Ở pha này, cả kênh natri và kênh kali trên màng đều
đóng.
- Pha 0: pha khử cực do hoạt hóa kênh natri mở ra làm natri di chuyển
vào trong tế bào. Lượng ion natri nội bào tăng cao gây đỉnh tăng điện
thế đột ngột, tạo ra phức hợp sóng QRS (đi từ nội tâm mạc đến ngoại
tâm mạc).
- Pha 1: tái cực nhanh do đóng đột ngột kênh natri và kích hoạt thoáng
qua kênh kali làm cho kali đi từ trong ra ngoài tế bào, tạo hõm nhọn
điện thế, tương ứng với điểm J trên điện tâm đồ.
- Pha 2: pha bình nguyên được duy trì bởi sự cân bằng dòng calci natri đi vào trong tế bào với dòng kali đi ra, tương ứng với đoạn ST
trên điện tâm đồ.


4

- Pha 3: tái cực nhanh do sự đóng kênh calci và natri. Natri được loại ra
ngoài tế bào bằng bơm natri-kali. Calci được đưa ra ngoài qua cơ chế
trao đổi natri-calci. Màng tăng tính thấm trở lại với kali. Dòng kali đi ra
tăng lên trong khi dòng natri-calci giảm, tạo độ dốc xuống của điện thế,
tương ứng với sóng T trên điện tâm đồ.
- Pha 4: là khoảng thời gian giữa hai hoạt động điện thế liên tiếp, kênh
kali mở, kênh natri-calci đóng, dần trở về đẳng điện.
Như vậy, hiện tượng khử cực thất (pha 0), chịu trách nhiệm bởi dòng
natri đi vào, đi từ nội tâm mạc đến ngoại tâm mạc, tạo ra phức bộ QRS. Hiện
tượng tái cực thất (pha 1 đến pha 3), chịu trách nhiệm bởi dòng natri-calci đi
vào và dòng kali đi ra, có chiều ngược lại, đi từ ngoại tâm mạc đến nội tâm
mạc, tạo ra đoạn ST và sóng T.

Hình 1. Các pha điện thế màng tế bào cơ tim
và biểu hiện tương ứng trên điện tâm đồ


5

Bất thường chức năng của một hoặc nhiều kênh ion sẽ ảnh hưởng đến
điện thế hoạt động màng. Tùy theo kênh ion nào bị ảnh hưởng mà điện thế
hoạt động màng sẽ có sự biến đổi đặc hiệu và hình dạng đoạn ST và T trên
ECG cũng sẽ thay đổi tương ứng. Đây là sinh bệnh học chung cho các bất
thường tái cực ở cơ tim như BrS, hội chứng QT dài, hội chứng QT ngắn…
2.2. Hội chứng Brugada và phân loại
Hội chứng Brugada là bệnh lý của thất phải, được mô tả lần đầu tiên vào
năm 1992 bởi các tác giả nhà Brugada, với biến chứng là các cơn nhịp nhanh
thất và rung thất gây ngất hoặc đột tử [10]. Theo các đồng thuận chuyên gia
mới nhất, hội chứng Brugada được chẩn đoán dựa vào các tiêu chuẩn điện
tâm đồ, tiền sử, cũng như triệu chứng của người bệnh. Trong đó, điện tâm đồ
điển hình Brugada típ 1 gồm có đoạn ST chênh lên ≥ 2 mm hình vòm, sóng T
âm ở các chuyển đạo ngực phải (V1-V3), có thể kèm theo bloc nhánh phải và
khoảng PR ngắn (hình 2, bảng 1). Điện tâm đồ Brugada típ 1 có thể là tự phát
hoặc được chuyển từ típ 2 và típ 3 dưới tác dụng của thuốc chẹn kênh natri
(nhóm I) [3].

Hình 2. Hình ảnh điện tâm đồ của hội chứng Brugada [11]


6

Bảng 1. Phân loại hội chứng Brugada bằng đặc điểm điện tâm đồ [11]
Đặc điểm

Típ 1

Típ 2

Típ 3

Biên độ điểm J

≥ 2 mm

≥ 2 mm

≥ 2 mm

Sóng T

Âm

Dương hoặc hai pha

Dương

Hình dạng ST-T

Cong vòm

Yên ngựa

Yên ngựa

Phần cuối đoạn ST

Đi xuống dần dần

Chênh ≥ 1 mm

Chênh < 1 mm

2.3. Biến đổi điện tim của hội chứng Brugada
Hội chứng Brugada là một loại bất thường dẫn truyền điện tim, liên quan
đến rối loạn hoạt động của các kênh ion, làm thay đổi dòng ion trao đổi qua
màng tế bào cơ tim, dẫn đến thay đổi chu kỳ điện thế hoạt động của cơ tim.
Sự giảm dòng Na+ đi vào tế bào ở pha 0 (khử cực) và pha 1 (tái cực sớm)
(inward sodium current, INa), do bất thường cấu trúc của kênh hoặc do rối loạn
điều hoà hoạt động kênh, gây ra sự chênh lệch về điện thế giữa lớp nội tâm
mạc và ngoại tâm mạc của thất phải, từ đó biểu hiện nên triệu chứng ECG
điển hình Brugada và các triệu chứng lâm sàng khác của hội chứng Brugada.
Có hai giả thuyết chính về cơ chế sinh lý bệnh của hội chứng Brugada.
được đặt ra: thuyết khử cực muộn (delayed depolarization) và thuyết tái cực
sớm (early repolarization) [12],[13], từ các kết quả quan sát trên mô hình thử
nghiệm động vật [14],[15].
2.3.1. Bất thường khử cực muộn
Giả thuyết dựa trên mô hình rối loạn khử cực và dẫn truyền, cho rằng
biểu hiện điện tâm đồ điển hình của hội chứng Brugada hình thành từ tình
trạng chậm dẫn truyền và trì hoãn hoạt hóa của thất phải (delayed
depolarization) [16]. Bất thường khử cực muộn là do hoạt động bất thường của
INa ở pha 0. Rối loạn khử cực muộn cũng gây chênh đoạn ST.
2.2.2. Bất thường tái cực sớm


7

Bất thường tái cực sớm (early repolarization) phản ánh sự mất cân bằng
trong các kênh ion chịu trách nhiệm cho vị trí cuối của khử cực (pha 0) và vị
trí đầu của tái cực (pha 1-2), quan trọng nhất cũng là kênh natri và kênh kali
Thuật ngữ tái cực sớm được hiểu là sự hiện diện của “sóng J” hoặc “điểm J
chênh lên”, từ lâu đã được sử dụng để mô tả một biến thể QRS -T trên điện
tâm đồ (điểm J (J-point) trên điện tâm đồ là điểm kết thúc phức bộ QRS và
bắt đều đoạn ST).
Giả thuyết về tình trạng tái cực sớm được ủng hộ nhiều hơn, bởi các tế
bào ngoại tâm mạc thất phải (điện thế cao hơn, dương tính) đóng vai trò
quan trọng hơn các tế bào nội tâm mạc (điện thế thấp hơn, âm tính) trong
việc hình thành và dẫn truyền điện thế hoạt động màng. Sự giảm I Na
và/hoặc tăng dòng kali đi ra (outward potassium current, Ito) làm gia tăng sự
khác biệt này, gây nên sự chênh lệch điện thế trong quá trình tái cực giữa ba lớp
của tế bào cơ tim, từ đó biểu hiện thành các thay đổi chênh lên của đoạn ST trên
điện tâm đồ (hình 2). Sự khác biệt về điện thế càng lớn thì ST càng chênh [16],
[17],[18].
Như vậy, bất thường tái cực sớm là do hoạt động bất thường của kênh
natri đi vào (pha 0 và pha 1), kênh kali đi ra (pha 1 và pha 2) và kênh calci đi
vào (pha 2). Trong trường hợp quá trình tái cực còn tương đối bình thường,
điện tâm đồ ở chuyển đạo V2 chỉ xuất hiện sóng J tương ứng với hiện tượng
tái cực sớm (đầu pha 1), sóng T vẫn còn dương tạo nên đoạn ST võng xuống
hình yên ngựa (hội chứng Brugada típ 2 hoặc típ 3). Trong trường hợp quá
trình tái cực bị thay đổi nhiều, đủ để gây nên sự đảo chiều của điện thế, hiện
diện sóng J biên độ cao, sóng T bị nghịch đảo (âm), đoạn ST sẽ có dạng hình
vòm (hội chứng Brugada típ 1). Sự gia tăng dòng kali đi ra không chỉ làm
hõm nhọn (ngay sau pha 1) thấp hơn mà cũng làm cho sóng cong vòm (pha 2)
thấp xuống (hình 3.B và 3.C). Sự thấp xuống sóng cong vòm pha 2 không đều


8

nhau ở một số vùng cơ tim. Sự chênh lệch điện thế của sóng cong vòm pha 2
ở các vị trí khác nhau sẽ tạo khử cực thất tại pha 2, tức là ngoại tâm thu thất
xuất hiện sớm ngay trước sóng T, tạo hiện tượng "R on T", biểu hiện ra là
nhịp nhanh thất hoặc rung thất.

Hình 3. Sự thay đổi điện thế hoạt động của hai lớp tế bào cơ tim thất phải
ở người bình thường và người bệnh hội chứng Brugada [17]
(End: nội tâm mạc; Epi: ngoại tâm mạc; mid: lớp tế bào cơ tim ở giữa)
(A): Điện tâm đồ bình thường ở chuyển đạo V2, được tạo thành bởi sự chênh lệch điện thế xuyên
thành cơ tim trong suốt pha khử cực và tái cực.
(B): Điện tâm đồ ở bệnh nhân hội chứng Brugada với sự xuất hiện sóng J, đoạn ST chênh lên dạng
yên ngựa, sóng T dương.
(C) và (D): Điện tâm đồ ở bệnh nhân hội chứng Brugada típ 1 với sự xuất hiện sóng J, đoạn ST
dạng vòm, sóng T hai pha.
(E): Điện tâm đồ ở bệnh nhân hội chứng Brugada với sự xuất hiện sóng J, đoạn ST dạng vòm,
sóng T nghịch đảo (có hiện diện của cơ chế vào lại ở pha 2 của điện thế động).

2.4. Nguyên nhân gây ra hội chứng Brugada


9

Với các tiến bộ về sinh học phân tử, hội chứng Brugada đã được xác
định là do các đột biến gen trên nhiễm sắc thể thường, di truyền kiểu trội, gây
khiếm khuyết cấu trúc hoặc rối loạn chức năng các kênh ion tham gia tạo điện
thế hoạt động ở màng tế bào cơ tim. Đây là các đột biến đa gen, gây bệnh theo
nhiều cơ chế khác nhau: giảm dòng natri-calci đi vào hoặc tăng dòng kali đi ra
khỏi tế bào cơ tim, từ đó tạo nên các biểu hiện đặc trưng trên điện tâm đồ
Brugada, cũng như các cơn nhịp nhanh thất, rung thất.
Cho đến thời điểm hiện tại, y văn thế giới ghi nhận được các đột biến
chịu trách nhiệm gây ra kiểu hình hội chứng Brugada nằm trên 19 gen khác
nhau [4]. Các gen này có tần suất đột biến gây bệnh, loại đột biến, ảnh hưởng
đến chức năng các protein được mã hoá khác nhau. Tuỳ theo hậu quả gây ra
trên kênh ion, các đột biến được xếp vào bốn nhóm:
(1) Đột biến làm giảm chức năng kênh natri: gồm các đột biến trên gen
SCN5A, SCN10A, GPD1-L, SCN1B, SCN2B, SCN3B ...
(2) Đột biến làm giảm chức năng kênh calci: gồm các đột biến trên gen
CACNA1C, CACNB2B, CACN2D1.
(3) Đột biến làm tăng chức năng kênh kali: gồm các đột biến trên gen
KCNE3, KCND3, KCNJ8, SCN1B và ABCC9.
Trong các đột biến đã được báo cáo, chiếm tỷ lệ cao nhất là các đột biến
trên gen SCN5A [4].
3. GEN SCN5A
3.1. Cấu trúc gen
SCN5A, là chữ viết tắt của sodium channel, voltage gated, type V alpha
subunit, Nav1.5, là một gen có mã số theo Uỷ ban danh pháp gen người
(Human genome nomenclature commitee, HGNC) là 10593 và mã số nhận
dạng (ID) theo hệ thống dữ liệu của Trung tâm Dữ liệu tin sinh học quốc gia
(Hoa kỳ) (National Center Biotechnology Information, NCBI) là 6331.


10

Gen SCN5A là thành viên của một họ gồm 10 gen cùng mã hóa cho bán
đơn vị alpha của kênh natri. Các thành viên này gồm Nav1.1, Nav1.2, Nav1.3,
Nav1.6 và Nav2.1 là những kênh natri quan trọng ở hệ thần kinh trung ương;
Nav1.7, Nav1.8 và Nav1.9 ở hệ thần kinh ngoại biên; Na v1.4 ở mô cơ xương; và
Nav1.5, được mã hóa bởi gen SCN5A, là kênh natri chính của tế bào cơ tim [19].
SCN5A là một gen dài, được bảo tồn tốt trong hệ gen của thủ mỏ vịt,
chim và người [19], nằm tại locus 21 của cánh ngắn nhiễm sắc thể số 3
(3p21), có chiều dài hơn 100kb, gồm 28 exon, trong đó exon 1 và một phần
đầu của exon 2 là vùng 5' không dịch mã (5' UTR), còn exon 28 là vùng 3'
không dịch mã (3' UTR) (hình 4).

Hình 4. Cấu trúc gen SCN5A gồm 28 exon và chiều dài tương ứng mỗi exon
3.2. Sự biểu hiện gen
Gen SCN5A được biểu hiện chủ yếu ở cơ tim, một phần nhỏ ở cơ trơn ruột
và đại thực bào [20],[21]. Ngoài ra, đồng phân sao mã "mới sinh" (neonatal) của
SCN5A được biểu hiện ở hệ thần kinh trung ương và một vài loại tế bào ung thư
[19]. Chưa có nhiều dữ liệu về chức năng của gen SCN5A ở các mô ngoài cơ
tim.
Trong tế bào cơ tim, các bản sao mã của SCN5A hiện diện nhiều ở
vùng mô cơ và vùng mô dẫn truyền, nút xoang và nút nhĩ thất được biểu hiện
ít hơn [22]. Tại nút xoang nhĩ, SCN5A không biểu hiện ở vùng trung tâm, chỉ
hiện diện ở vùng ngoại vi [23]. Ở vách tâm thất, luôn tồn tại một điện tế
xuyên thành, phản ánh sự biểu hiện cao của SCN5A ở dưới lớp nội tâm mạc,
so với dưới lớp thượng tâm mạc [24].


11

3.3. Các biến thể lựa chọn exon
Hiện tại, có hơn 10 đồng phân của các biến thể lựa chọn exon (splice
variants) của gen SCN5A đã được mô tả và tiên đoán dựa trên trình tự và
cDNA (DNA tái tổ hợp). Các đồng phân biến thể này được biểu hiện khác
nhau giữa mô cơ tim và các mô khác, và chúng cũng thể hiện các đặc tính
về điện sinh lý khác nhau. Mặc dù vậy, không phải tất cả các đồng phân
này đều được nghiên cứu chi tiết. Bảng 2 liệt kê các loại biến thể lựa chọn
exon của SCN5A, cùng các chú thích về mã số trình tự trên các cơ sở dữ
liệu và y văn khác nhau.
Có bốn biến thể lựa chọn exon chính của gen SCN5A (hình 5), trong
đó, biến thể SCN5A-003, mã số trình tự tham chiếu (RefSeq ID)
NM_000335, là loại bản sao mã chiếm tỷ lệ nhiều nhất ở mô cơ tim người
và chuột [25],[26]. Loại SCN5A-003 này được xem như biến thể "người
lớn", thay thế cho biến thể "mới sinh" SCN5A-001 (RefSeq
NM_001099404, Na v1.5e) trong vòng một vài ngày sau khi sinh (ở chuột).
Hai loại đồng phân này khác nhau ở exon 6: exon 6a ở biến thể "mới sinh"
và exon 6b ở biến thể "người lớn", kết quả là hai protein sẽ khác nhau 7
acid amin [25],[26]. Biến thể SCN5A-001 được biểu hiện chủ yếu ở não
của chuột mới sinh và rất ít ở não chuột trưởng thành. Hai đồng phân
protein khác biệt chức năng đáng kể: so với đồng phân "người lớn", đồng
phân "mới sinh" có tốc độ hoạt hoá và bất hoạt chậm hơn, và có sự thay
đổi về mức điện thế khử cực.

Bảng 2. Các biến thể lựa chọn exon (sao mã) của gen SCN5A [22]

Tên
biến thể

Chiều
dài
cDNA

Chiều
dài
protein

Uniprot ID

RefSeq ID (bản
sao mã, protein)

SCN5A-014

8456

2016

Q14524

NM_198056

Tên
cDNA
[26]
Na v1.5c

Đặc điểm
"người lớn" exon 6b,


12

NP_932173

Q1077

SCN5A-003

8362

2015

Q14524

NM_000335
NP_000326

Na v1.5

5' UTR khác,
Q1077, "người lớn"
exon 6b

SCN5A-001

8504

2016

H9KVD2

NM_001099404
NP_001092874

Na v1.5e

"mới sinh" exon 6a,
Q1077

SCN5A-002

7170

1983

E9PHB6

NM_001160160
NP_001153632

Na v1.5e

5' UTR khác,
Q1077, "mới sinh"
exon 6a

SCN5A-004

8303

1998

E9PG18

-

Na v1.5f

5' UTR khác, Q1077,
thiếu exon 24

SCN5A-008

6284

1962

K4DIA1

-

n.d.

"mới sinh" exon 6a,
thiếu exon 18, 3' UTR

SCN5A-010

5898

1962

A0A0A0MT39

-

Na v1.5a

"người lớn" exon 6b,
thiếu exon 18, 3' UTR
khác

SCN5A-201

8450

1998

E9PG18

NM_001099405
NP_001092875

Na v1.5f

bản sao mã dự đoán,
Q1077, thiếu exon 24

SCN5A-202

8343

1962

K4DIA1

NM_001160161
NP_001153633

n.d.

bản sao mã dự đoán,
Q1077, thiếu exon 18,
"mới sinh" exon 6a.

SCN5A-203

714

223

Q86V90

-

n.d.

không hoàn chỉnh

SCN5A-006

335

65

A3EY21

-

n.d.

không hoàn chỉnh

SCN5A-005

1382

-

-

-

n.d.

SCN5A-013
SCN5A-011

774

-

-

-

n.d.

không mã hoá
không mã hoá

591

-

-

-

n.d.

không mã hoá

Tên biến thể theo cơ sở dữ liệu Ensembl (http://ensembl.org); chiều dài cDNA theo đơn
vị bp; Uniprot ID là mã số trình tự tham chiếu protein (http://www.uniprot.org/); RefSeq ID
là mã số trình tự tham chiếu của bản sao mã và protein theo NCBI (http://ncbi.nlm.nih.gov);
n.d. (non-detected) là không tìm thấy;  Q1077 là thiếu acid amin thứ 1077 (Glutamine).

Hai biến thể thường gặp khác là SCN5A-010 (không có RefSeq ID)
và SCN5A-014 (NM_198056). SCN5A-010 thiếu exon 18, được biểu hiện
ở mô não và các tế bào đầu dòng thuộc hồi hải mã (hippocampal
progenitor cells) của loài gậm nhấm, nhưng không biểu hiện ở người [26].
Biến thể SCN5A-014, so với SCN5A-003, chứa thêm một bộ ba CAG tại
vùng nối exon 17-18, nên protein Na v1.5c có thêm một acid amin


13

glutamin tại vị trí 1077. Biến thể này biểu hiện ở mô tim người, dù với tỷ
lệ ít hơn SCN5A-003 (tỉ số xấp xỉ 1:2) [26],[27].

Hình 5. Sơ đồ trình tự của bốn biến thể lựa chọn exon chính của gen SCN5A [26]
Ngoài các biến thể trên, một vài biến thể khác nhau của exon 1 cũng
được mô tả, dựa trên các loại vùng 5' UTR khác nhau, đóng vai trò điều
hoà sự sao mã. Các biến thể này hiện diện không giống nhau ở người và
chuột [28]. Chức năng sinh lý của chúng vẫn còn đang tiếp tục được
nghiên cứu.
3.4. Điều hoà sao mã
Điều hoà ở cấp độ sao mã, cho đến hiện tại, có ba vùng khởi động
(promoter) khác nhau đã được mô tả trên gen SCN5A, tương ứng với các
loại vùng 5'UTR khác nhau trên bốn biến thể lựa chọn exon chính nêu
trên [28],[29]. Vùng khởi động đầu tiên được phát hiện dài 2,8 kb, trải dài


14

từ exon 1 và một phần intron 1 [Yang 2004]. Một vài yếu tố sao mã ảnh
hưởng đến sự biểu hiện gen đã được ghi nhận, gồm Forkhead Box O1
(Foxo1) [30],[31], yếu tố kappa B của nhân (NF-κB) [32], và TBX5 [33],
[34].
Foxo1 và NF-κB cùng tham gia điều hoà gen trong điều kiện tế bào bị
kích thích phì đại hoặc bị stress oxy hoá (ví dụ nhồi máu cơ tim). Tình trạng
tăng nồng độ các gốc tự do oxy hoá nội bào gây ra sự chuyển vị của các yếu
tố sao mã, thay đổi sự gắn với các vùng khởi động, dẫn đến ức chế sự sao mã
của gen SCN5A. TBX5, đóng vai trò cơ bản trong sự phát triển của tế bào cơ
tim, kích thích sự biểu hiện của gen SCN5A ở các tế bào thuốc hệ thống dẫn
truyền của tim, bằng cách gắn với các vùng tăng cường (enhancer) của gen
[33],[34].
Điều hoà ở cấp độ sau sao mã gen SCN5A, vai trò của microRNA miR219 đã được mô tả là làm tăng hiệu suất sao mã và nồng độ protein biểu hiện
[35].
4. BÁN ĐƠN VỊ ALPHA CỦA KÊNH Nav1.5
4.1. Cấu trúc và chức năng các vùng cấu trúc
Kênh natri phụ thuộc điện thế Nav trên màng tế bào cơ tim là một phức
hợp protein gồm một bán đơn vị alpha tạo thành lỗ kênh, vùng cảm nhận điện
thế và nhiều bán đơn vị beta liên kết điều hoà.


15

Hình 6. Cấu trúc bán đơn vị alpha của protein Nav1.5 [36]
(a) sơ đồ các vùng xuyên màng DI-DIV; (b) mô hình (dạng ribbon band) bán đơn vị alpha của
kênh nhìn từ trên xuống; (c) mô hình (dạng ribbon band) bán đơn vị alpha của kênh nhìn từ bên.

Bán đơn vị alpha của kênh Nav1.5 là một protein chuỗi polypeptid đơn,
xuyên màng, có trọng lượng phân tử lớn (khoảng 260 kDa), có chức năng tạo
lỗ kênh cho dòng ion natri di chuyển và bộ phận cảm nhận điện thế. Cho đến
hiện tại, chưa có báo cáo về mô hình cấu trúc phân tử chi tiết của bán đơn vị
alpha của kênh natri phụ thuộc điện thế ở động vật có xương sống. Tuy nhiên,
cấu trúc tính thể của kênh Nav ở vi khuẩn với các trạng thái cấu hình khác
nhau đã được công bố [37],[38],[39] (hình 6b), giúp các nhà khoa học tiếp cận
sâu hơn với hoạt động của kênh ở cấp độ phân tử.


16

Bán đơn vị alpha của kênh Nav1.5 cấu tạo gồm bốn vùng (domain)
xuyên màng đồng dạng DI - DIV, mỗi vùng được tạo thành bởi sáu đoạn xoắn
helix xuyên màng S1 – S6 (hình 6a), mỗi vùng xoắn đảm nhận chức năng
riêng biệt [19],[22],[36]. Theo đó, trạng thái hoạt động và bất hoạt của kênh
có mối liên hệ về cấu trúc, cơ chế và chức năng:
- Các vòng nối ngoại bào giữa các đoạn xoắn S5-S6 tạo thành cấu trúc lỗ

trung tâm (lỗ kênh mà qua đó dòng ion natri đi ra hoặc đi vào tế bào). Theo
mô hình của bán đơn vị alpha nhìn từ trên xuống và nhìn từ bên (hình 6b), các
vùng DI - DIV được sắp xếp trong không gian sao cho lỗ trung tâm thông suốt
từ trong màng ra ngoài màng theo một trục.
- Các đoạn xoắn S1-S4 của mỗi vùng (từ DI - DIV) nằm ở rìa ngoài của lỗ

trung tâm, ở các góc của bán đơn vị alpha (hình 6b), có chức năng cảm nhận
điện thế. Trong đó, vùng S4, vừa có tính ưa nước vừa kỵ nước, tích điện
dương. Khi điện thế màng thay đổi trong quá trình khử cực, đoạn xoắn S4 sẽ
dịch chuyển về phía mặt ngoại bào, khởi động sự thay đổi cấu hình của
protein, gây mở lỗ trung tâm [37],[38],[40].
- Vùng cảm nhận điện thế của DI - DIII có hoạt tính động học nhanh, tạo

hiệu ứng cho phép dòng ion di chuyển (phụ thuộc điện thế) [41], trong khi
vùng cảm nhận điện thế của DIV có hoạt tính động học chậm. Vòng nối nội
bào giữa đoạn xoắn S1 của DIV và đoạn xoắn S6 của DIII tạo thành cấu trúc
cổng bất hoạt (inactivation gate) (hình 6a) [42],[43]. Theo hoạt động điện thế
màng, cấu trúc cổng bất hoạt sẽ dịch chuyển che lấp mặt nội bào của lỗ trung
tâm, làm cho bán đơn vị alpha của kênh Nav1.5 chuyển sang trạng thái bất
hoạt (hình 7c).
Hoạt động của các kênh Nav ở màng tế bào được hỗ trợ điều hoà bởi các
bán đơn vị beta của kênh và một số protein điều hoà khác (thông qua sự tương


17

tác với vùng đầu tận carboxyl của protein bán đơn vị alpha của kênh). Có bốn
nhóm bán đơn vị beta (β1 đến β4), được lần lượt mã hoá bởi các gen SCN1B
đến SCN4B [44],[45].
4.2. Sự phân bố acid amin theo các vùng cấu trúc
Nếu sử dụng trình tự nucleotid và acid amin dựa vào lập trình cấu trúc
bản sao mã SCN5A-014 (RefSeq ID NM_198056.2, bảng 2), cơ sở dữ liệu
Swissprot (http://ca.expasy.org/uniprot/) [46] mô tả phân bố 2016 acid amin
tương ứng với các vùng cấu trúc của bán đơn vị alpha kênh Nav1.5 như sau
[7]:
-

Đầu tận amin: acid amin 1-126

-

Vùng xuyên màng DI: acid amin 127-415; trong đó: đoạn xoắn S1S4/S5: acid amin 127-252, đoạn xoắn S5-S6: acid amin 253-415.

-

Đoạn nối DI-DII: acid amin 416-711

-

Vùng xuyên màng DII: acid amin 712-939; trong đó: đoạn xoắn S1S4/S5: acid amin 712-841, đoạn xoắn S5-S6: acid amin 842-939.

-

Đoạn nối DII-DIII: acid amin 940-1200

-

Vùng xuyên màng DIII: acid amin 1201-1470; trong đó: đoạn xoắn S1S4/S5: acid amin 1201-1336, đoạn xoắn S5-S6: acid amin 1337-1470.

-

Đoạn nối DIII-DIV: acid amin 1471-1523

-

Vùng xuyên màng DIV: acid amin 1524-1772; trong đó: đoạn xoắn S1S4/S5: acid amin 1524-1659, đoạn xoắn S5-S6: acid amin 1660-1772.

-

Đầu tận carboxyl: acid amin 1773-2016

Việc biết được phân bố số lượng acid amin tương ứng với từng vùng cấu
trúc sẽ hỗ trợ cho việc tiên đoán mối liên hệ giữa kiểu đột biến và kiểu hình
bệnh lý của protein.
4.3. Sự thay đổi trạng thái cấu hình theo hoạt động điện thế màng trong
điều kiện sinh lý


18

Tương tự các kênh natri phụ thuộc điện thế, Na v1.5 đặc tính sinh lý liên
quan đến tình trạng điện thế và trạng thái cấu hình theo thời gian, cho phép
kênh mở hoặc đóng đối với dòng Na+. Tình trạng hoạt hóa và bất hoạt kênh
Nav1.5 là hoạt động phụ thuộc điện thế.
Trong tình trạng sinh lý, như đã đề cập ở phần 2.1, điện thế động màng
tế bào có 5 pha, hình thành qua các trạng thái nghỉ, sự khử cực và sự tái cực
của màng, thông qua sự hoạt động của các kênh natri, kali, calci, mà quan
trọng nhất là các kênh Nav và Kv (hình 7)[36]:
4.3.1. Trạng thái nghỉ
Trạng thái nghỉ của điện thế màng bắt đầu từ cuối pha 4 và pha nghỉ,
tương ứng với giai đoạn tâm trương, mức điện thế bên trong màng âm hơn so
với ngoài màng (khoảng -70 đến -85 mV), các dòng ion ra vào cân bằng. Ở
trạng thái này, màng tế bào duy trì tính thấm cao với kali hơn là với natri,
nghĩa là nồng độ kali trong màng cao hơn ngoài màng, còn nồng độ natri thì
ngược lại (kết quả của hoạt động của bơm Na-K-ATPase. Lúc này, cả kênh
natri và kênh kali phụ thuộc điện thế trên màng đều đóng (hình 7a) (cấu trúc
cổng bất hoạt không che lấp phần nội bào của lỗ trung tâm), thể hiện là đường
đẳng điện trên ECG.
4.3.2. Sự khử cực màng (pha 0)
Tín hiệu khử cực xuất hiện (khi tổng số Na + đi vào tế bào thông qua bơm
Na-K-ATPase mất cân bằng), điện thế mặt trong màng bắt đầu tăng lên, tạo
thuận lợi cho dòng Na+ đi vào nhiều hơn. Tình trạng này được cảm nhận bởi
đoạn xoắn S4. tạo ra một đáp ứng rất nhanh theo kiểu "tất cả hoặc là không",
các đoạn nối ngoại bào S5-S6 dịch chuyển xa nhau, để lộ lỗ trung tâm (kênh
Nav mở). Dòng Na+ tràn vào tế bào đột ngột gây điện thế màng tăng cao trong
khoảng thời gian rất ngắn (khoảng 1 mili giây) (hình 7b), mặt trong màng trở


19

nên dương hơn so với mặt ngoài màng, gây hiện tượng khử cực màng. Hiện
tượng này thể hiện ra phức hợp sóng QRS (đi từ nội tâm mạc đến ngoại tâm
mạc) trên điện tâm đồ.

Hình 7. Hoạt động của kênh Nav và Kv trên màng
tương ứng với các hoạt động điện thế của màng tế bào [36]
4.3.3. Sự tái cực nhanh sau khử cực (pha 1)
Sau khi tiếp nhận tín hiệu khử cực khoảng vài mili giây, bán đơn vị kênh
Nav tiến vào trạng thái bất hoạt, khiến nó không tiếp tục đáp ứng với tín hiệu
khử cực. Trạng thái này hình thành do cấu trúc cổng bất hoạt (vòng nối kỵ
nước giữa S1DIV và S6DIII) di chuyển che lấp mặt trong của lỗ trung tâm (vùng
giữa S5-S6DIII) (hình 7c). Cùng lúc này, kênh Kv được hoạt hoá mở, cho phép
dòng K+ đi từ trong ra ngoài tế bào, điện thế động của màng tiến vào giai đoạn
tái cực.


20

Trong điều kiện sinh lý, khi bị bất hoạt, bán đơn vị alpha của kênh
Nav1.5 sẽ duy trì cấu hình đóng cho đến khi màng tế bào được tái cực, tạo
điều kiện cho kênh hồi phục từ trạng thái bất hoạt và sẵn sàng cho pha khử
cực kế tiếp. Các nghiên cứu sâu hơn cho thấy: ngay cả khi điện thế màng
đang ở trạng thái khử cực, cấu hình đóng của kênh cũng thay đổi qua nhiều
trạng thái bất hoạt, như bất hoạt nhanh, bất hoạt trung bình và bất hoạt chậm.
Các trạng thái bất hoạt của kênh cần những khoảng thời gian hồi phục khác
nhau trong suốt pha tái cực của màng: tối đa 10 mili giây để hồi phục sau bất
hoạt nhanh, khoảng 50 mili giây cho hồi phục sau bất hoạt trung bình và hơn
5 giây cho hồi phục sau bất hoạt chậm. Chính vì vậy, trong suốt điện thế động
của màng tế bào, kênh Nav không bao giờ đạt đến được cấu hình bất hoạt
chậm [22].
4.3.4. Sự tái cực sau đó
Sự tái cực của màng (tương ứng pha 2-4) thể hiện chủ yếu bởi hoạt động
của các kênh kali và calci phụ thuộc điện thế. Trong giai đoạn này, vẫn còn
một phần rất nhỏ dòng Na+ tồn tại đi vào tế bào do kênh không bị bất hoạt
hoàn toàn. Dòng Na+ này được gọi là dòng Na + "tồn lưu" (sustained current)
hoặc dòng Na+ "muộn" (late current) [47],[48]. Dòng Na + tồn lưu này hiện
diện trong lúc một số kênh ion khác được hoạt hoá, tạo nên một "cửa số điện
thế" (window current) ở giữa-cuối pha 3 [49]. Dòng Na+ tồn lưu và cửa sổ
điện thế có vai trò quan trọng trong các trạng thái bất thường do biến đổi di
truyền trên các gen mã hoá các kênh ion phụ thuộc điện thế.

5. ĐỘT BIẾN TRÊN GEN SCN5A GÂY HỘI CHỨNG BRUGADA
5.1. Hậu quả của các biến đổi di truyền trên gen SCN5A đến hoạt động
sinh lý và cấu trúc của tim


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×