Nobel y học 2024 và cuộc cách mạng của MicroRNA

STVN – Ngày 7/10, Giải Nobel Sinh học và Y khoa năm 2024 đã được trao cho các nhà khoa học Mỹ Victor Ambros và Gary Ruvkun với công trình phát hiện ra MicroRNA, một phân tử chi phối cách các tế bào trong cơ thể hoạt động

Gs.Bs.Ts.Phạm Vinh Quang

Giải Nobel Y học 2024 đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử khoa học khi tôn vinh những đột phá xuất sắc trong lĩnh vực y học và sinh học. Đây là giải thưởng danh giá nhất thế giới, vinh danh những thành tựu nổi bật đóng góp to lớn vào sự tiến bộ của khoa học và sức khỏe nhân loại.

Bức ảnh trong buổi công bố giải nobel

Năm nay, hai nhà khoa học người Mỹ, Victor Ambros thuộc Trường Y Đại học Massachusetts và Gary Ruvkun từ Bệnh viện Đa khoa Massachusetts/Trường Y Harvard, đã được trao giải thưởng này nhờ khám phá và xác định vai trò của phân tử microRNA trong việc điều hòa hoạt động gene trong tế bào.

Phát hiện này đã tạo nên một bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực sinh học phân tử, mở ra một kỷ nguyên mới cho nghiên cứu về gen và điều trị bệnh.

MicroRNA, với chức năng điều chỉnh biểu hiện gen, không chỉ giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về cơ chế hoạt động của tế bào mà còn mở ra những tiềm năng ứng dụng to lớn trong việc chẩn đoán và điều trị các bệnh di truyền, ung thư và nhiều vấn đề sức khỏe khác.

MicroRNA là những phân tử RNA không mã hóa, có kích thước rất nhỏ, chỉ khoảng 21-23 nucleotide. Khác với mRNA mang thông tin di truyền để tổng hợp protein, microRNA không trực tiếp tham gia vào quá trình này. Thay vào đó, chúng đóng vai trò như những “người điều khiển giao thông” trong tế bào, điều hòa hoạt động của các gen khác. Cụ thể, microRNA liên kết với các phân tử mRNA, ngăn cản quá trình dịch mã và dẫn đến sự phân hủy mRNA. Qua đó, microRNA gián tiếp kiểm soát lượng protein được sản xuất trong tế bào, từ đó ảnh hưởng đến rất nhiều quá trình sinh học quan trọng, từ sự phát triển của cơ thể đến sự hình thành và phát triển của các bệnh lý.

Hình ảnh các microRNA liên kết với các phân tử mRNA

Từ những năm 1990, tại Đại học Y khoa và Bệnh viện Massachusetts, hai nhà nghiên cứu Mỹ đã phát hiện ra phân tử microRNA (miRNA) vào năm 1993 – không nên nhầm lẫn với messenger RNA (mRNA). MiRNA là một phân tử nhỏ, không mã hóa (non-coding) với chiều dài khoảng 21-23 nucleotide, có nhiệm vụ điều hòa hoạt động của các gene trong tế bào sinh vật trong quá trình chuyển mã (translation) và sau dịch mã (post-transcription). Nó thực hiện điều này bằng cách: (i) tách mRNA thành hai mảnh; (ii) làm mất ổn định mRNA; hoặc (iii) làm giảm hoạt động tạo protein của mRNA.

Trong các tế bào động vật, miRNA chủ yếu hoạt động bằng cách làm mất ổn định mRNA. Gần đây, miRNA còn được phát hiện lưu hành ngoài tế bào và có mặt trong các dịch sinh học như huyết thanh, nước bọt và dịch não tủy (CSF), do đó có tiềm năng trở thành các chỉ điểm sinh học (biomarker) quan trọng trong chẩn đoán và điều trị một số bệnh. MiRNA là một phân tử điều hòa gene mạnh mẽ, liên quan đến nhiều bệnh lý của con người như các bệnh về hệ thần kinh, ung thư, nội tiết, tiêu hóa và các bệnh tự miễn.

Victor Ambros và Gary Ruvkun, trong quá trình nghiên cứu về sự phát triển của một loài giun tròn nhỏ, đã tình cờ phát hiện ra một loại phân tử RNA ngắn, không mã hóa protein, mà họ đặt tên là microRNA. Khám phá này đã thách thức quan niệm truyền thống về vai trò của RNA trong tế bào. Thay vì chỉ đơn thuần là bản sao của thông tin di truyền, các nhà khoa học nhận ra rằng microRNA đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa quá trình biểu hiện gen. Công trình của Ambros và Ruvkun đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ chế phức tạp của sự sống và cung cấp những gợi ý quan trọng cho việc phát triển các phương pháp điều trị bệnh mới

MicroRNA (miRNA) hoạt động như những phân tử điều hòa quan trọng trong tế bào, thực hiện việc kiểm soát biểu hiện gen thông qua ba cơ chế chính. Thứ nhất, miRNA có thể liên kết với mRNA mục tiêu, ngăn chặn quá trình dịch mã protein bằng cách cản trở ribosome tiếp cận mRNA. Thứ hai, miRNA có khả năng thúc đẩy sự phân hủy của mRNA, làm giảm số lượng mRNA có sẵn để tổng hợp protein, từ đó ức chế biểu hiện gene. Cuối cùng, miRNA có thể điều chỉnh việc làm giảm sự ổn định của mRNA, khiến mRNA trở nên dễ bị phân hủy hơn theo thời gian. Những cơ chế này giúp miRNA điều chỉnh chặt chẽ hoạt động của nhiều gen quan trọng, từ đó ảnh hưởng sâu rộng đến các quá trình sinh học trong cơ thể. Hình ảnh minh họa về các cơ chế này sẽ giúp người đọc dễ dàng hình dung hơn về cách miRNA hoạt động như “bộ điều phối” trong hệ gen, từ liên kết với mRNA đến việc ngăn chặn hoặc phân hủy các thông điệp gen trong tế bào.

Vai trò của RNA trong tế bào

MicroRNA (miRNA) đã mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng quan trọng trong y học, đặc biệt trong việc chẩn đoán và điều trị các bệnh nghiêm trọng như ung thư, bệnh thần kinh và bệnh tự miễn. Với khả năng điều chỉnh biểu hiện gene, miRNA được coi là công cụ hữu hiệu để phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường trong tế bào, giúp tăng cường hiệu quả của các phương pháp chẩn đoán. Ví dụ, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các mẫu miRNA đặc trưng có thể được sử dụng để phát hiện ung thư ở giai đoạn sớm, đồng thời phân biệt giữa các loại ung thư khác nhau như ung thư vú, phổi và gan. Trong lĩnh vực điều trị, miRNA được nghiên cứu như một phương pháp tiềm năng để kiểm soát hoạt động của gene, từ đó điều chỉnh các quá trình gây bệnh và phục hồi chức năng tế bào bị tổn thương. Các nghiên cứu tại nhiều trung tâm nghiên cứu hàng đầu thế giới đang tập trung vào việc sử dụng miRNA để phát triển liệu pháp gen điều trị ung thư và các bệnh lý phức tạp khác. Một ví dụ cụ thể là dự án nghiên cứu tại Đại học Stanford, nơi các nhà khoa học đang thử nghiệm sử dụng miRNA để ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư não. Những nghiên cứu này cho thấy miRNA có thể trở thành một công cụ không thể thiếu trong việc điều trị nhiều loại bệnh, mở ra những cơ hội mới trong y học cá nhân hóa.

Phát hiện về vai trò của microRNA đã tạo ra ảnh hưởng sâu rộng đến nhiều lĩnh vực của y học và sinh học. Không chỉ là một bước ngoặt trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế điều hòa gene, nghiên cứu này còn mở ra những hướng đi mới đầy tiềm năng trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Sự hiểu biết về microRNA giúp các nhà khoa học khám phá ra cách thức tế bào kiểm soát biểu hiện gen, từ đó phát triển các phương pháp mới để điều chỉnh hoạt động của gen trong các bệnh như ung thư, bệnh tim mạch và các bệnh di truyền. Điều này đã làm thay đổi cách tiếp cận trong nghiên cứu y sinh học hiện đại, đặt nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về liệu pháp gen và các phương pháp điều trị mang tính cá nhân hóa cao.

Một số ứng dụng của Micro RNA trong y học

Micro RNA (miRNA) đóng vai trò quan trọng trong y học hiện đại, đặc biệt là trong chẩn đoán, điều trị và dự báo tiên lượng của nhiều bệnh lý. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng của miRNA trong y học:

1. Chẩn đoán sớm bệnh

• Ung thư: miRNA là các biomarker tiềm năng trong việc phát hiện sớm ung thư. Mức độ biểu hiện của một số loại miRNA thay đổi đặc biệt ở các tế bào ung thư so với tế bào bình thường, giúp phát hiện các loại ung thư như ung thư phổi, gan, vú và đại trực tràng. Ví dụ, miRNA-21 thường được sử dụng như một chỉ dấu sinh học cho nhiều loại ung thư khác nhau.
• Bệnh tim mạch: Một số loại miRNA (như miRNA-1 và miRNA-133) được xem là dấu hiệu sinh học trong chẩn đoán bệnh nhồi máu cơ tim và suy tim.

2. Dự báo tiên lượng và tiến triển bệnh

• Ung thư: miRNA không chỉ giúp phát hiện ung thư sớm mà còn giúp dự báo tiên lượng và theo dõi sự phát triển của khối u. Sự thay đổi biểu hiện miRNA có thể phản ánh mức độ xâm lấn, di căn và khả năng đáp ứng với điều trị của các khối u.
• Bệnh tiểu đường: Một số miRNA liên quan đến sự điều tiết insulin và kháng insulin có thể giúp dự báo nguy cơ mắc bệnh tiểu đường type 2.

Một số ứng dụng trong điều trị bệnh

Ứng dụng của micro RNA (miRNA) trong điều trị bệnh đang mở ra nhiều hướng mới và đột phá trong y học, đặc biệt là đối với các bệnh ung thư, tim mạch, tiểu đường và bệnh thoái hóa thần kinh. Dưới đây là các ứng dụng cụ thể trong điều trị:

1. Điều trị ung thư

miRNA có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào ung thư, giúp kiểm soát khối u và ngăn chặn di căn. Các chiến lược điều trị dựa trên miRNA trong ung thư bao gồm:

• miRNA-mimics: Đây là các phân tử miRNA tổng hợp dùng để thay thế những miRNA bị giảm hoặc mất trong tế bào ung thư. Ví dụ, miRNA-34 (một miRNA ức chế khối u) có thể được sử dụng để điều trị các loại ung thư như phổi, gan và tuyến tụy.
• AntagomiRs: Các phân tử này được thiết kế để ức chế hoạt động của các miRNA thúc đẩy khối u (oncomiR), ví dụ như miRNA-21, có vai trò trong sự phát triển của nhiều loại ung thư, bao gồm ung thư dạ dày và ung thư vú.

2. Điều trị bệnh tim mạch

miRNA được nghiên cứu rộng rãi trong điều trị các bệnh lý tim mạch, nhờ vai trò của chúng trong việc điều chỉnh các quá trình như tái cấu trúc mạch máu, chết tế bào và sự phát triển của cơ tim.

• miRNA-1 và miRNA-133: Các miRNA này có vai trò quan trọng trong sự phát triển và tái tạo của cơ tim. Việc điều chỉnh chúng có thể giúp điều trị bệnh nhồi máu cơ tim và suy tim.
• miRNA-29: Đóng vai trò quan trọng trong sự xơ hóa tim, ức chế miRNA này có thể ngăn ngừa hoặc giảm xơ hóa tim sau nhồi máu cơ tim, giúp cải thiện chức năng tim.

3. Điều trị tiểu đường

miRNA có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình chuyển hóa glucose và insulin, từ đó ảnh hưởng đến sự phát triển và tiến triển của bệnh tiểu đường.

• miRNA-375: Được biết đến với vai trò điều chỉnh bài tiết insulin, miRNA-375 là mục tiêu tiềm năng để phát triển liệu pháp điều trị tiểu đường tuýp 2, giúp điều chỉnh lượng insulin trong cơ thể.
• miRNA-126: Liên quan đến quá trình hình thành mạch máu và kiểm soát phản ứng viêm, việc điều chỉnh miRNA này có thể giúp ngăn ngừa các biến chứng tiểu đường như tổn thương mạch máu.

4. Điều trị bệnh thoái hóa thần kinh

miRNA được sử dụng trong điều trị các bệnh thần kinh như Alzheimer, Parkinson và các bệnh thoái hóa thần kinh khác.

• miRNA-124: Đóng vai trò trong sự hình thành và duy trì tế bào thần kinh, miRNA-124 được nghiên cứu để điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer và Parkinson. Việc tăng cường miRNA-124 có thể hỗ trợ trong việc bảo vệ tế bào thần kinh và ngăn chặn sự thoái hóa.
• miRNA-146a: Liên quan đến quá trình viêm nhiễm thần kinh, ức chế miRNA này có thể giảm tình trạng viêm trong các bệnh thần kinh như Alzheimer.

5. Liệu pháp gen và điều trị bằng miRNA

MiRNA có thể được sử dụng trong liệu pháp gen để điều chỉnh biểu hiện của các gen gây bệnh.

• MiRNA trong liệu pháp gen: Bằng cách sử dụng miRNA để điều chỉnh các gene liên quan đến bệnh, miRNA có thể giúp sửa chữa các sai lệch trong biểu hiện gen, một hướng đi quan trọng trong điều trị bệnh di truyền và các bệnh do rối loạn gen.

6. Ứng dụng trong điều trị bệnh viêm

MiRNA đóng vai trò trong việc điều chỉnh các phản ứng viêm của cơ thể, làm cho chúng trở thành mục tiêu tiềm năng trong điều trị các bệnh viêm mạn tính như viêm khớp dạng thấp, bệnh Crohn, và viêm loét đại tràng.

• miRNA-155: Thường hoạt động quá mức trong các bệnh viêm mạn tính, việc ức chế miRNA này có thể giảm viêm và ngăn chặn tiến triển của bệnh.

7. Ứng dụng trong điều trị bệnh tự miễn

Bằng cách điều chỉnh các miRNA cụ thể, có thể kiểm soát các phản ứng miễn dịch bất thường trong các bệnh tự miễn như lupus ban đỏ và đa xơ cứng.

• miRNA-223: Là một miRNA có vai trò trong điều chỉnh miễn dịch và viêm nhiễm, giúp giảm thiểu phản ứng miễn dịch quá mức trong các bệnh tự miễn.

Tóm lại, những phát hiện về microRNA đã mở ra một chương mới trong lĩnh vực sinh học phân tử, mang lại hiểu biết sâu sắc về cơ chế điều hòa gen trong tế bào và các ứng dụng quan trọng trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Nhìn về tương lai, microRNA hứa hẹn sẽ trở thành nền tảng cho việc phát triển các phương pháp điều trị mới, hiệu quả hơn trong nhiều lĩnh vực y học, từ ung thư đến các bệnh thần kinh và tự miễn. Những nghiên cứu cơ bản như vậy khẳng định vai trò không thể thiếu của các nhà khoa học trong việc tìm ra các giải pháp cải thiện cuộc sống con người, và tiếp tục thúc đẩy những bước tiến lớn trong khoa học và y học.

Các ứng dụng của miRNA trong điều trị bệnh không chỉ giới hạn ở việc điều chỉnh quá trình biểu hiện gen mà còn mở ra các phương pháp mới như liệu pháp nhắm trúng đích, giúp cải thiện hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ trong nhiều loại bệnh lý từ ung thư đến các bệnh viêm mạn tính và thoái hóa thần kinh.