Giải Nobel Y sinh cho ‘microRNAs’ điều hòa gene
Victor Ambros và Gary Ruvkun đã nhận diện một lớp các phân tử nhỏ bé có vai trò trung tâm trong kiểm soát biểu hiện gene.
Giải Nobel Y sinh đã được trao cho hai nhà di truyền khám phá các microRNA, một lớp các phân tử RNA nhỏ bé có thể giúp kiểm soát cách các gene biểu hiện trong các sinh vật đa bào.
Victor Ambros, hiện nghiên cứu tại trường Y Massachusetts ở Worcester, và Gary Ruvkun tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts (MGH) ở Boston, cùng chia sẻ với nhau giải thưởng trị giá 11 triệu kroner Thụy Điển (1 triệu USD).
MicroRNAs thực hiện vô số nhiệm vụ trong các sinh vật phức hợp, từ phát triển phôi thai đến sinh lý tế bào. Các nhà nghiên cứu đã suy đoán rằng chúng tham gia vào các bước nhảy tiến hóa, như các bộ não của con người và chúng có liên quan đến sự khởi phát của ung thư và nhiều loại bệnh khác.
Làm việc với những con sâu
Ambros và Rovkun từng là những nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ trong cùng một nhóm nghiên cứu, xuất bản những phát hiện đầu tiên của họ vào năm 19931,2. Họ nhận diện được hai gene – gọi là lin-4 và lin-14 – bao gồm sự phát triển của giun tròn Caenorhabditis elegans. Các đột biến trong các gene ngăn các phôi của giun tròn phát triển. Ambros tìm thấy rằng gene lin-4 chứng tỏ việc ngăn hoạt động của gene lin-14 nhưng vẫn còn chưa rõ ràng. Làm việc trong nhiều phòng thí nghiệm khác nhau, Ambros đã lập bản đồ phản hồi gene tạo ra lin-4, nhưng ngược lại Ruvkun ban đầu tập trung vào lin-14.
Khi Ambros nhận diện gene lin-4, ông ngạc nhiên khi phát hiện ra là nó không mã hóa một protein nhưng thay vì tạo ra một chuỗi ngắn của RNA. Công trình của Ruvkun về gene lin-14 – cách mã hóa một protein – giúp hoàn thành bức tranh này. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra là chuỗi lin-4 RNA, sau đó gọi là một microRNA, gắn vào một đoạn lin-14 mRNA, ngăn không cho tạo ra protein này qua một quá trình mà người ta gọi là dịch mã.
Theo nhiều năm, khám phá này đã được goi là một điều kỳ quặc độc nhất vô nhị ở giun tròn, không mấy liên quan đến các sinh vật khác. Cho đến năm 2000, khi nhóm nghiên cứu của Ruvkun nhận diện được một C. elegans microRNA khác, không như lin-4, có ở người, chuột, và phần còn lại của toàn bộ thế giới loài vật.
Trong cuộc họp báo Nobel, Ruvkun kể lại khoảnh khắc ông khám phá ra rằng microRNAs không phải duy nhất của loài giun. Trước khi viết một đề xuất tài trợ ở nhà, ông sử dụng một modem quay số chậm để kiểm tra hệ gene người phác thảo chứa microRNA thứ hai mà phòng thứ nghiệm của mình miêu tả. “Nó khớp với bộ gene người, nó khiến người ta phải thốt lên ‘ôi chết tiệt, điều đó thật tuyệt vời’”, ông nói.
Dẫu bộ gene người bao gồm hàng trăm microRNA (khoảng 600 microRNA riêng biệt, nhiều hơn so với bất cứ các sinh vật khác), Ruvkun đã hào hứng bởi sự thật là con người và các động vật có vú khác xuất hiện để loại bỏ nhiều phân tử RNA nhỏ hiện diện trong các loài bọ hung, bọ ve, trai và cả ‘nàng thơ’ trong phòng thí nghiệm của ông là C. elegans. “[Chúng có trong] phần lớn các sinh vật trên hành tinh – và nó khiến cho các con giun nhỏ bé của chúng ta thêm cứng rắn”, ông nói.
Khoảnh khắc khởi đầu
Phát hiện ra việc microRNA được bảo toàn khắp cây sự sống đã tạo ra một trường khám phá. “Đó là khoảnh khắc khởi đầu nơi mọi người đều có thể nhận ra là chúng ta đã để lỡ toàn bộ lớp điều hòa gene một cách toàn diện,” Eric Miska, một nhà sinh học RNA tại trường đại học Cambridge, Anh, nói. “Cái sàng của chúng ta tìm kiếm các gene quá lớn.”
Các nghiên cứu làm đột biến microRNAs ở chuột chứng tỏ chúng đóng vai trò quan trọng trong phát triển, sinh lý, hành xử và các tính trạng khác, theo nhận xét của David Bartel, một nhà sinh học phân tử tại Viện nghiên cứu Whitehead ở Cambridge, Massachusetts. Nhưng định hình một cách chính xác cách từng phân tử hành động như thế nào cực khó. Một microRNA và những phân tử liên quan gần gũi có thể làm thay đổi hành động của của hàng trăm gene khác nhau và nhiều gene được kiểm soát bởi nhiều hơn một microRNA. “Nó trở nên phức tạp rất nhanh chóng,” Bartel cho biết thêm.
Lĩnh vực nghiên cứu về các liệu pháp microRNA vẫn còn ở giai đoạn đầu nhưng các nhà khoa học hi vọng một ngày nào đó có thể khai thác những bậc thầy điều hòa gene đó để nhận diện và điều trị bệnh. Có những loại thuốc microRNA đang được phát triển nhưng việc phân phối các phân tử RNA đến các tế bào là một trong những thách thức chính, Miska nói.
Việc ghi nhận microRNA bằng giải Nobel Prize, với một số nhà nghiên cứu, là một điều đáng ngạc nhiên. Năm 2006, Ủy ban Nobel đã trao giải Nobel Y sinh cho hai nhà khoa học cho những khám phá ra các RNA nhỏ can thiệp, có thể điều hòa các gene thông qua một cơ chế khác biệt và là phát hiện sau microRNAs. “Các gene microRNA giờ được coi như một lớp mới của điều hòa gene trong bộ gene của chúng ta,” Gunter Meister, nhà sinh hóa tại ĐH Regensburg, Đức, nói.
“Đó là một cơ chế sinh lý hoàn toàn mới mà chưa ai nghĩ tới”, Olle Kämpe, một nhà chuyên khoa nội tiết tại Viện Karolinska và là thành viên Ủy ban Nobel, cho biết trong buổi họp báo công bố giải thưởng. Công trình này nhấn mạnh vào vai trò quan trọng của sự tò mò trong khoa học, ông cho biết thêm. “Họ đã tò mò nhìn vào hai con giun và thấy một chút thú vị rồi quyết định đi tìm câu trả lời tại sao lại thế. Và sau đó họ khám phá ra một cơ chế hoàn toàn mới điều hòa gene. Tôi nghĩ điều đó thật đẹp”.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-024-03212-9
