Chắc hẳn bạn đã từng nghe đến những “siêu anh hùng” trong cơ thể mình như tế bào, gen hay DNA. Nhưng liệu bạn đã biết đến một “siêu anh hùng tí hon” khác đang âm thầm bảo vệ sức khỏe của bạn chưa? Đó chính là microRNA, chỉ với kích thước vài chục nucleotide. MicroRNA tuy nhỏ nhưng lại có vai trò quan trọng trong việc điều hoà hoạt động của rất nhiều gen trong cơ thể. Hứa hẹn đây sẽ là một “mảng” thú vị và tiềm năng trong nghiên cứu các liệu pháp điều trị bệnh ở người.
MicroRNA là gì?
Micro ribonucleic acid (microRNA, miRNA, μRNA) là những phân tử RNA nhỏ, mạch đơn, không mã hoá (non-coding) và có chiều dài khoảng 20 đến 25 nucleotide.
“Cuộc đời” của một microRNA:
Cùng với các gen mã hóa thông tin để tạo ra protein, tế bào còn có các gen mã hóa thông tin để tạo ra miRNA. Các tế bào tạo ra miRNA bằng một quá trình giống với các bước đầu của quá trình tổng hợp protein. Gen miRNA được kích hoạt, chuỗi DNA mở ra và gen được sao chép hoặc phiên mã dưới dạng RNA.
- Bản sao gen ban đầu được gọi là miRNA sơ cấp (pri-miRNA)
- Trong nhân tế bào, các phân tử dạng kẹp tóc này được cắt để tạo thành tiền miRNA sợi đôi (pre-miRNA)
- Tiền miRNA được vận chuyển đến tế bào chất. Ở đó, nó được cắt thêm để tạo thành miRNA trưởng thành có chức năng (phân tử miRNA trưởng thành dài khoảng 22 nucleotide)
- miRNA trưởng thành liên kết với một phân tử được gọi là phức hợp im lặng can thiệp RNA (RNA interference silencing complex – RISC)
- Sau đó, miRNA gắn với RNA thông tin (mRNA) mục tiêu, ngăn chặn quá trình dịch mã hoặc thúc đẩy quá trình phân hủy mRNA.
Mối liên hệ giữa microRNA và bệnh tật
MiRNA kiểm soát biểu hiện gen chủ yếu bằng cách liên kết với mRNA trong tế bào chất. Một miRNA có thể điều hoà từ 10 đến 100 RNA mã hoá protein. Vì một miRNA có thể điều chỉnh nhiều gen nên miRNA có thể gây ra một số căn bệnh khi chúng bị rối loạn chức năng. Trong tế bào ung thư, gen microRNA có thể bị hư hại do đột biến. Đột biến ở gen microRNA có thể khiến tế bào không có microRNA đó hoặc làm giảm lượng microRNA xuống mức thấp. Mức microRNA thấp bất thường có thể dẫn đến biểu hiện quá mức các gen mà microRNA đó điều chỉnh và có thể dẫn đến sự phát triển của ung thư (ở người).
Ví dụ, ung thư máu và tủy xương, còn gọi là bệnh bạch cầu dòng lympho mãn tính. Loại ung thư này là kết quả của việc mất hai microRNA thường tham gia vào việc ngăn chặn sự phát triển của tế bào khối u.
Ví dụ, hơn một nửa số bệnh ung thư có hoạt động giảm đáng kể trong một microRNA có tên là miR-34a. Vì miR-34a điều chỉnh nhiều gen liên quan đến việc ngăn ngừa sự phát triển và di chuyển của các tế bào ung thư, nên việc mất miR-34a có thể làm tăng nguy cơ phát triển ung thư.
Hay các tình trạng như mất thính lực bẩm sinh, rối loạn mắt và xương. Đột biến ở một trong các protein cần thiết cho quá trình sản xuất microRNA dẫn đến hội chứng DICER1, một hội chứng hiếm gặp nhưng nghiêm trọng liên quan đến ung thư ở nhiều cơ quan và mô khác nhau.
Giải Nobel Y Sinh 2024 cho khám phá microRNA
Vào những năm 1990, hai nhà khoa học Victor Ambros và Gary Ruvkun cùng cộng sự phát hiện một phân tử RNA nhỏ có khả năng điều chỉnh biểu hiện của gen ở Caenorhabditis elegans (giun tròn). Phân tử RNA này, được gọi là lin-4, không mã hóa cho protein nhưng lại có khả năng ức chế quá trình dịch mã mRNA lin-14 thành protein LIN-14. Vào năm 2001, miRNA chính thức được công nhận là một loại RNA quan trọng trong việc điều hòa biểu hiện gen. Bên cạnh lin-4, các nhà khoa học cũng đã phát hiện thêm nhiều miRNA khác có chức năng tương tự.
Công trình nghiên cứu của Ambros và Ruvkun về microRNA và vai trò của nó trong quá trình điều hòa gen sau phiên mã đã được vinh danh giải Nobel Y Sinh 2024. Phát hiện mang tính đột phá của họ đã tiết lộ một nguyên lý hoàn toàn mới về quá trình điều hòa gen, hóa ra lại rất cần thiết cho các sinh vật đa bào, bao gồm cả con người. Hiện nay, người ta đã biết rằng bộ gen của con người mã hóa cho hơn 1000 microRNA, điều hoà 60% gen.
MicroRNA đang chứng minh được tầm quan trọng đối với cách sinh vật phát triển và hoạt động, bổ sung sự hiểu biết của chúng ta về quá trình điều hòa gen và bệnh học.
Vai trò của miRNA trong cơ thể
Điều hòa biểu hiện gen: MiRNA có thể gây ức chế quá trình dịch mã, phân hủy mRNA bằng cách gắn vào mRNA của các gen mục tiêu. Giúp điều hòa và kiểm soát lượng protein tạo ra.
Kiểm soát sự phát triển và phân chia tế bào: MiRNA giúp duy trì sự cân bằng giữa sự phát triển và chết tế bào. Các miRNA tham gia vào quá trình này bằng cách ức chế hoặc kích hoạt các gen kiểm soát sự phân chia tế bào.
Điều hòa quá trình apoptosis: Các miRNA có thể kích thích hoặc ức chế các gen liên quan đến apoptosis, giúp cơ thể duy trì một số lượng tế bào khỏe mạnh cần thiết.
Điều hòa hệ thống miễn dịch: MiRNA giúp kiểm soát các tế bào miễn dịch, bao gồm tế bào T và tế bào B. Từ đó giúp duy trì hệ thống miễn dịch cân bằng, không hoạt động quá mức cũng như không quá yếu.
Tham gia vào quá trình chuyển hóa: Các miRNA cũng quan trọng trong việc điều hòa các quá trình chuyển hóa lipid, glucose và protein. Việc điều chỉnh miRNA có thể ảnh hưởng đến các bệnh tiểu đường, béo phì và rối loạn lipid máu.
Quá trình phát triển và biệt hóa tế bào: Trong giai đoạn phát triển phôi, miRNA giúp điều chỉnh các gen liên quan đến quá trình biệt hóa tế bào.Giúp tế bào phát triển thành các loại tế bào và mô khác nhau trong cơ thể. Ngoài ra, các miRNA cũng tham gia vào việc duy trì chức năng của các tế bào trưởng thành.
Ứng dụng của miRNA trong y học
Chẩn đoán bệnh: Mức độ biểu hiện của miRNA trong cơ thể có thể thay đổi khi tế bào bị tổn thương. Các miRNA này có thể được phát hiện từ máu, nước tiểu hoặc các dịch cơ thể. Giúp chẩn đoán bệnh từ giai đoạn sớm, ngay cả khi các triệu chứng lâm sàng chưa rõ ràng.
Điều trị ung thư: Một số miRNA có khả năng ức chế trong khi một số khác lại thúc đẩy sự phát triển của tế bào ung thư. Các nhà khoa học đang nghiên cứu sử dụng miRNA để điều trị ung thư thông qua hai hướng chính:
- Bổ sung miRNA có chức năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư.
- Sử dụng thuốc ức chế các miRNA kích thích sự phát triển của tế bào ung thư.
Điều trị bệnh di truyền: MiRNA có thể điều hòa lại các gen bị “hỏng”, giúp phục hồi chức năng của tế bào và giảm thiểu triệu chứng bệnh.
Điều trị bệnh thần kinh: Các miRNA có thể điều chỉnh sự biểu hiện của các gen liên quan đến sự phát triển của tế bào thần kinh và duy trì chức năng thần kinh.
Ứng dụng trong bệnh tự miễn: Khi mắc bệnh tự miễn, hệ miễn dịch có thể tấn công nhầm tế bào khỏe mạnh của cơ thể. MiRNA có thể giúp điều chỉnh hoạt động của các tế bào miễn dịch này.
Công nghệ chỉnh sửa gen: MicroRNA có thể kết hợp với công nghệ chỉnh sửa gen như CRISPR để tăng cường hiệu quả điều trị. Việc này giúp đảm bảo việc chỉnh sửa gen diễn ra chính xác và hiệu quả, giảm thiểu các nguy cơ và tác dụng phụ.
Tiềm năng và thách thức
Lĩnh vực nghiên cứu này đã nâng cao sự hiểu biết khá vững chắc về cơ chế rối loạn chức năng microRNA trong tiến trình gây ra bệnh tật. Việc thay đổi một microRNA có thể thay đổi một số gen khác, dẫn đến vô số các thay đổi có thể cùng nhau định hình lại sinh lý của tế bào.
Các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu về việc sử dụng microRNA làm liệu pháp điều trị ung thư, bệnh tim, bệnh thoái hóa thần kinh và các bệnh khác. Mặc dù kết quả trong phòng thí nghiệm rất hứa hẹn, nhưng việc đưa các phương pháp điều trị microRNA vào lâm sàng đã gặp phải nhiều thách thức. Nhiều thách thức liên quan đến việc đưa vào tế bào đích không hiệu quả và độ ổn định kém, hạn chế hiệu quả của miRNA.
Mặc dù vẫn còn nhiều “checkpoint” cần phải vượt qua trong phương pháp điều trị miRNA. Nhưng rõ ràng đây vẫn là một hướng đi đầy tiềm năng, cho thấy triển vọng trong điều trị nhiều loại bệnh tật ở người.
