Hai khoa học gia Victor Ambros và Gary Ruvkun đoạt Giải Nobel Y học năm 2024 nhờ khám phá ra phân tử microRNA. (Nguồn: Chụp lại từ YouTube)
Vào thập niên 1980, hai khoa học gia Victor Ambros và Gary Ruvkun đã khám phá ra một phân tử mới gọi là microRNA. Phát hiện quan trọng này đã làm thay đổi hoàn toàn những hiểu biết cơ bản về sinh học phân tử vào lúc bấy giờ, gọi là luận thuyết trung tâm (central dogma). Với phát minh này, họ vừa được trao Giải Nobel Y học năm 2024.
Luận thuyết trung tâm (central dogma) cho rằng thông tin di truyền trong cơ thể chỉ chảy (flow) theo một hướng: từ DNA ‘chuyển ngữ’ thành RNA, và RNA lại được ‘chuyển ngữ’ thành protein. Nhưng có một số RNA không bao giờ được chuyển thành protein, và dạng RNA đặc biệt này là microRNA. Đây là một loại RNA không mã hóa (noncoding RNA), nghĩa là không trực tiếp tạo ra protein. Thay vào đó, microRNA có nhiệm vụ điều khiển các RNA khác chịu trách nhiệm mã hóa protein. Nói cách khác, microRNA có thể bật hoặc tắt các gen cụ thể để kiểm soát quá trình tạo ra protein trong cơ thể. Điều này rất quan trọng vì giúp điều chỉnh hoạt động của gen và ảnh hưởng đến sự phát triển, chức năng của tế bào.
Trong nhiều thập niên, sự chú ý chủ yếu tập trung vào DNA và protein nhiều hơn là vào RNA. Tuy nhiên, phát hiện về microRNA đã thay đổi quan điểm này, cho thấy rằng RNA có vai trò điều chỉnh gen phức tạp và quan trọng hơn nhiều so với những gì chúng ta từng nghĩ. Giải Nobel cho phát hiện về microRNA là minh chứng rằng dạng RNA đặc biệt này không chỉ có vai trò quan trọng trong sinh học, mà còn hứa hẹn sẽ mang lại những liệu pháp điều trị hiệu quả cho nhiều loại bịnh tật, bao gồm cả ung thư.
MicroRNA và bịnh tật
MicroRNA đóng vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh bộ gen nhờ khả năng liên kết và điều chỉnh nhiều RNA mã hóa protein. Một microRNA có thể kiểm soát từ 10 đến 100 RNA mã hóa (coding) protein khác nhau, giúp kiểm soát hoạt động của nhiều gen trong tế bào. Thay vì ‘chuyển ngữ’ (translating) RNA thành protein, microRNA liên kết với các RNA mã hóa protein và ngăn chặn quá trình này, làm cho các gen bị im lặng.
Đặc điểm nổi bật của microRNA là có thể liên kết với các RNA mục tiêu ngay cả khi không hoàn toàn khớp nhau, cho phép chúng kiểm soát một nhóm lớn các RNA tham gia vào những quá trình sinh học tương tự trong tế bào, tạo ra phản ứng mạnh hơn và hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, vì microRNA có thể kiểm soát nhiều gen cùng lúc, nên một khi loại RNA đặc biệt này hoạt động không bình thường, có thể dẫn đến nhiều loại bệnh tật. Các gen mà microRNA điều chỉnh có thể trở nên mất kiểm soát, làm thay đổi hoạt động bình thường của tế bào và góp phần gây ra các bệnh như ung thư.
Năm 2002, các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện rằng microRNA bị xáo trộn chức năng có liên quan đến bệnh ung thư máu chronic lymphocytic leukemia. Kể từ đó, hơn 2,000 loại microRNA đã được phát hiện ở người, và nhiều trong số chúng có sự thay đổi chức năng liên quan đến các bịnh tật khác nhau.
Việc thay đổi một microRNA có thể gây ra hàng loạt biến đổi gen khác, làm thay đổi sinh lý tế bào. Thí dụ, hơn một nửa số bệnh nhân ung thư có sự suy giảm đáng kể hoạt động của microRNA tên là miR-34a, loại microRNA này kiểm soát nhiều gen có vai trò ngăn chặn sự phát triển và lan rộng của tế bào ung thư. Khi mất đi miR-34a, nguy cơ phát triển ung thư sẽ tăng lên.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang khám phá tiềm năng của microRNA trong điều trị ung thư, các bệnh tim mạch, và các bệnh thoái hóa thần kinh. Dù các kết quả trong phòng thí nghiệm rất hứa hẹn, nhưng việc đưa microRNA vào điều trị lâm sàng vẫn gặp nhiều khó khăn, chủ yếu là do khó khăn trong việc đưa microRNA vào đúng tế bào mục tiêu và tính ổn định kém.
Công nghệ đưa microRNA vào tế bào
Một trong những thách thức lớn nhất là làm thế nào để chỉ đưa microRNA vào các tế bào bị bệnh mà không ảnh hưởng đến tế bào khỏe mạnh. Không giống như vắc-xin mRNA COVID-19, microRNA cần phải “đánh lừa” được hệ thống miễn dịch để không bị tấn công trước khi đến các tế bào mục tiêu.
Các nhà khoa học đang nghiên cứu nhiều cách khác nhau để đưa microRNA vào đúng những tế bào cần điều trị. Một phương pháp đầy hứa hẹn là gắn microRNA trực tiếp với một loại phân tử nhỏ gọi là ligand – những phân tử này có thể liên kết với các protein đặc biệt trên bề mặt tế bào. Thí dụ, một ligand tên là GalNAc đã được chuẩn thuận để đưa RNA vào các tế bào gan, giúp điều trị các bệnh liên quan đến gan hiệu quả hơn.
Để vận chuyển các RNA nhỏ đến đúng tế bào mục tiêu, các tế bào đích phải có một số lượng lớn thụ thể để ligand có thể gắn vào. Thường cần hơn một triệu thụ thể trên mỗi tế bào để vận chuyển RNA hiệu quả.
Một trong những ligand hiệu quả nhất là folate, còn được gọi là vitamin B9, rất quan trọng trong giai đoạn tăng trưởng nhanh của tế bào như trong quá trình phát triển bào thai. Do các tế bào ung thư có nhiều thụ thể folate trên bề mặt, folate có thể giúp đưa RNA điều trị trực tiếp vào các tế bào ung thư. Thí dụ, một nghiên cứu gần đây đã phát triển phân tử FolamiR-34a – folate liên kết với miR-34a – giúp giảm kích thước khối u ung thư vú và phổi ở chuột.
Tăng cường tính ổn định của microRNA
Một khó khăn khác khi sử dụng microRNA là chúng không ổn định, nhanh bị phân hủy trong cơ thể, nên cần phải tiêm nhiều lần để duy trì hiệu quả điều trị. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đang phát triển các phương pháp chỉnh sửa cấu trúc của microRNA để tăng cường độ ổn định. Mỗi RNA cần một kiểu chỉnh sửa khác nhau, nhưng nếu thành công, những thay đổi này sẽ giúp RNA bền vững hơn. Thí dụ, chỉnh sửa GalNAc-siRNA đã giúp giảm liều tiêm từ vài ngày một lần thành mỗi sáu tháng ở các tế bào không phân chia.
Mặc dù còn nhiều thử thách trước mắt, nhưng những thành tựu này cho thấy các liệu pháp điều trị microRNA rất hứa hẹn trong việc điều trị nhiều loại bệnh khác nhau, đặc biệt là ung thư.
VB biên dịch
Nguồn: “MicroRNA is the Nobel-winning master regulator of the genome – researchers are learning to treat disease by harnessing how it controls genes” được đăng trên trang TheConversation.com.
Gửi ý kiến của bạn
