Lập bản đồ gen vật lý (physical mapping)
(Phần 1)

Việc phân tích liên kết chỉ cho chúng ta xác định khoảng cách tương đối giữa
các locus, nhưng không cho phép xác định các vị trí đặc hiệu của các marker
hay các gene bệnh. Việc lập bản đồ vật lý cho phép giải quyết hạn chế này.
Tới nay đã có nhiều tiến bộ đáng kể về mặt kỹ thuật cho phép thực hiện được
việc lập bản đồ vật lý với độ phân giải cao.
1. Lập bản đồ dựa trên hình thái nhiễm sắc thể
Một phương pháp trực tiếp và đơn giản để lập bản đồ của các gene bệnh là
xác định sự kết hợp hằng định giữa một bệnh với một bất thường di truyền tế
bào học, như nhân đoạn, mất đoạn hoặc những bất thường khác của NST.
Những bất thường như vậy có thể tự nó không có hậu quả trên lâm sàng (do
đó nó có thể đóng vai trò như một marker) hoặc có thể gây bệnh.
Tính dị hình (heteromorphisms)
Tính dị hình là một biến dị trong hình thái của một NST. Sự dị hình cũng
tương tự như tính đa hình, chúng là những biến dị tự nhiên xảy ra giữa các cá
thể trong quần thể. Tuy nhiên sự khác biệt cơ bản ở đây là tính dị hình có thể
phát hiện được bằng kính hiển vi quang học còn tính đa hình không thể phát
hiện được bằng phương tiện này.
Tính dị hình cũng tương tự như các locus marker, không gây ra một biến dị
hay một bệnh di truyền nào cả nhưng nó có thể luôn luôn đi kèm với một
biến dị hay một bệnh di truyền nào đó trong gia đình và qua đó giúp xác định
vị trí của gene. Tuy nhiên do không phổ biến nên trong việc lập bản đồ di
truyền tính dị hình chỉ có ích trong một vài trường hợp.
Hiện tượng mất đoạn (deletion)
Khác với tính đa hình, hiện tượng mất đoạn
NST là nguyên nhân trực tiếp của một số bệnh
di truyền. Karyotype của những bệnh nhân mắc
bệnh di truyền đôi khi cho thấy có liên quan
đến mất đoạn của một số vùng đặc hiệu trên

đặc điểm này có thể xác định được ví trí tương đối của gene bệnh trên vùng
bị đứt gãy của NST.
Bằng việc phân tích liên kết đã lập được bản đồ của gene NF1 một cách
phỏng chừng trên nhánh dài của NST 17. Vị trí chính xác hơn của gene này
được xác định dựa trên hai bệnh nhân trong đó một bệnh nhân mang chuyển
đoạn cân bằng giữa NST 17 và 22 và một bệnh nhân khác mang chuyển đoạn
cân bằng giữa NST 17 và 1. Các điểm gãy của những chuyển đoạn này trên
NST 17 nằm rất gần với vùng được gợi ý qua việc phân tích liên kết. Hiện
tượng này đã cung cấp một điểm mốc vật lý cho các thí nghiệm từ đó dẫn đến
việc dòng hóa được gene này.
2. Lập bản đồ bằng phương pháp lai tại chỗ (in situ hybridization)
Phương pháp lai tại chỗ là một phương pháp đơn giản cho phép lập bản đồ
của các đoạn DNA một cách trực tiếp. Do có độ phân giải cao và dễ sử dụng
nên kỹ thuật FISH đã được sử dụng rộng rãi để lập bản đồ vật lý của gene.
Giả sử chúng ta có một đoạn DNA mang một một gene bệnh mà chúng ta
muốn biết vị trí, DNA này sẽ được dòng hóa để làm probe, sau đó probe này
sẽ được cho tiếp xúc với tiêu bản mang các NST ở kỳ giữa với các DNA đã
được tách xoắn. Probe gắn huỳnh quang sẽ bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung
với DNA đã tách xoắn của NST tại một vị trí đặc hiệu do đó có thể định vị
một cách chính xác vị trí của probe trên NST với độ phân giải khoảng 1Mb.
Bằng cách sử dụng các NST trong gian kỳ, do trong kỳ này NST ít kết đặc
hơn so với trong kỳ giữa nên độ phân giải trong kỹ thuật FISH sẽ có thể lên
tới 25 đến 250kb.
Kỹ thuật fiber FISH là một cải tiến của kỹ thuật FISH, trong kỹ thuật này
người ta sử dụng các biện pháp hóa học và vật lý tác động lên các NST ở gian
kỳ để kéo duỗi sợi chromatin để làm từng quai (loop) chromatin có thể nhìn
thấy được. Với kỹ thuật này, các probe có kích thước chỉ một vài kb cũng có
thể được sử dụng.

Sử dụng phương pháp lai tại chỗ để định vị một đoạn DNA trên NST đặc

Ví dụ nếu gene luôn luôn được thấy ở nhóm tế bào mang NST số 1 của người
nhưng không bao giờ thấy ở các nhóm tế bào mang các NST

khác thì chúng ta có thể kết luận rằng gene đó phải nằm trên NST số 1.
Sự có mặt của gene trong tế bào lai có thể được xác định theo nhiều cách
khác nhau:
(1) Nếu người ta đã biết một enzyme (do một gene nào đó chưa biết vị trí mã
hóa) thì việc phân tích ezyme đó sẽ được tiến hành trên các dòng tế bào. Điện
di protein có thể được sử dụng để phát hiện một sản phẩm protein của người
và phân biệt nó với protein tương ứng của chuột. Hướng nghiên cứu này đòi
hỏi phải phát hiện được protein đã biết đó trong các dòng tế bào.
(2) Hiện nay người ta thường dùng phổ biến phương pháp lai giữa DNA của
một dòng tế bào lai với một probe đã được đánh dấu mang đoạn DNA quan
tâm và sau đó sử dụng kỹ thuật Southern blotting hoặc kỹ thuật PCR để phát
hiện NST nào mang đoạn DNA đó (hình 8).

Kỹ thuật Southern Blotting được sử dụng trong việc lập bản đồ gene bằng kỹ
thuật lai tế bào sinh dưỡng (đối chiếu với hình 8). Sự khác nhau trong vị trí
cắt giới hạn dẫn đến sự khác nhau trong kích thước của các đoạn DNA giữa
người và chuột. Probe của gene người chỉ lai với các dòng tế bào lai 1, 3, 4 và
7 chứng tỏ probe chỉ lai khi có sự có mặt của NST số 9.
4. Lập bản đồ bằng phương pháp lai phóng xạ (radiation hybrid mapping)

Đây là một kỹ thuật hiệu quả và được sử dụng một cách rộng rãi (hình 9).
Phương pháp này được bắt đầu bằng một tế bào lai sinh dưỡng chỉ mang một
NST của người. Các tế bào này được chiếu xạ bằng tia X hoặc tia gamma để
gây ra nhiều chỗ đứt trên chuỗi xoắn kép trên các NST. Những đoạn NST
người bị đứt ra này để có thể tiếp tục tồn tại chúng phải hoà nhập với các
NST của loài gậm nhấm.