Tác giả: Ewen Callaway và Katharine Sanderson
Victor Ambros và Gary Ruvkun đã xác định một lớp phân tử nhỏ có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát biểu hiện gen.
Giải Nobel Sinh lý học hay Y học năm 2024 đã được trao cho hai nhà di truyền học, những người đã khám phá ra microRNA – một lớp phân tử RNA nhỏ giúp kiểm soát cách các gen được biểu hiện trong các sinh vật đa bào.
Victor Ambros, làm việc tại Trường Y Đại học Massachusetts ở Worcester, và Gary Ruvkun tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts (MGH) ở Boston, đã cùng chia sẻ giải thưởng trị giá 11 triệu krona Thụy Điển (tương đương 1 triệu USD), do Hội đồng Nobel tại Viện Karolinska ở Stockholm trao tặng.
MicroRNA thực hiện nhiều nhiệm vụ trong các sinh vật phức tạp, từ phát triển phôi thai cho đến sinh lý tế bào. Các nhà nghiên cứu đã suy đoán rằng chúng có thể liên quan đến những bước nhảy tiến hóa, chẳng hạn như sự phát triển vượt trội của bộ não con người, và chúng cũng được cho là có liên quan đến sự khởi phát của bệnh ung thư và các bệnh lý khác.
Phát biểu tại cuộc họp báo vào ngày 7 tháng 10, Ruvkun cho biết ông đang mong chờ được nhận giải Nobel tại buổi lễ chính thức sẽ diễn ra vào cuối năm nay. Ông đã có dịp trải nghiệm trước không khí náo nhiệt của buổi lễ khi tham gia cùng nhà hóa sinh Jack Szostak của Bệnh viện Đa khoa Massachusetts (MGH), người đồng nhận giải Nobel Y học năm 2009, trong chuyến đi tới Stockholm. “Họ rất biết cách tiệc tùng,” Ruvkun nói.
NGHIÊN CỨU VỚI GIUN TRÒN
Ambros và Ruvkun, khi còn là các nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong cùng một nhóm, đã công bố những phát hiện quan trọng đầu tiên của họ vào năm 1993. Họ đã xác định hai gen — gọi là lin-4 và lin-14 — có liên quan đến sự phát triển của loài giun tròn Caenorhabditis elegans. Đột biến trong các gen này ngăn cản phôi giun tròn phát triển bình thường. Ambros phát hiện rằng gen lin-4 bằng cách nào đó đã chặn hoạt động của gen lin-14, nhưng không rõ liệu đó là tác động trực tiếp hay gián tiếp. Làm việc tại các phòng thí nghiệm riêng biệt, Ambros bắt đầu xác định bản đồ gen chịu trách nhiệm sản xuất lin-4, trong khi Ruvkun ban đầu tập trung vào gen lin-14.
Khi Ambros xác định được gen lin-4, ông ngạc nhiên khi phát hiện rằng nó không mã hóa một loại protein, mà thay vào đó lại sản sinh ra một đoạn RNA ngắn đáng chú ý. Nghiên cứu của Ruvkun về gen lin-14 — gen mã hóa một loại protein — đã giúp hoàn thiện bức tranh. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng đoạn RNA lin-4, sau này được gọi là microRNA, bám vào một đoạn RNA thông tin của lin-14, ngăn cản quá trình tổng hợp protein thông qua quá trình gọi là dịch mã.
Trong nhiều năm, phát hiện này được coi là một đặc điểm độc nhất của loài giun tròn và không có nhiều liên quan đến các sinh vật khác. Quan điểm đó đã bị phá vỡ vào năm 2000 khi nhóm của Ruvkun xác định được một microRNA khác trong C. elegans, khác với lin-4, và được tìm thấy ở người, chuột và hầu hết các loài động vật khác.
Tại cuộc họp báo, Ruvkun đã kể lại khoảnh khắc ông phát hiện ra rằng microRNA không chỉ giới hạn ở giun tròn. Cần một chút xao nhãng trong khi viết đơn xin tài trợ ở nhà, ông đã sử dụng một modem quay số chậm để kiểm tra xem liệu dự thảo bộ gen người — vẫn đang trong quá trình hoàn thiện vào thời điểm đó — có chứa một microRNA thứ hai mà phòng thí nghiệm của ông đã mô tả hay không. “Kết quả trở lại trùng khớp với bộ gen người, tôi đã nghĩ rằng ‘Chúa ơi, điều này thật tuyệt vời,’” ông nói.
Mặc dù bộ gen người chứa hàng trăm microRNA (khoảng 600 loại riêng biệt, nhiều hơn bất kỳ sinh vật nào khác), Ruvkun từ lâu đã bị thu hút bởi sự thật rằng con người và các loài động vật có vú khác dường như đã loại bỏ nhiều phân tử RNA nhỏ có mặt ở các sinh vật như bọ cạp, ve, sò và giun tròn C. elegans — nguồn cảm hứng trong phòng thí nghiệm của ông. Chúng tồn tại trong “những sinh vật chất nhất trên hành tinh — và điều đó làm cho những con giun nhỏ của chúng tôi cũng trở nên chất lừ,’” ông nói.
KHOẢNH KHẮC BƯỚC NGOẶT
Việc phát hiện ra rằng microRNA được bảo tồn xuyên suốt các loài trong cây sự sống đã khiến lĩnh vực này bùng nổ. “Đó là một khoảnh khắc mang tính bước ngoặt, khi mọi người nhận ra… chúng ta đã hoàn toàn bỏ lỡ một lớp điều hòa gen,” Eric Miska, nhà sinh học RNA tại Đại học Cambridge, Vương quốc Anh, cho biết. “Cái sàng chúng ta đã dùng để tìm kiếm gen quá lớn.”
Các nghiên cứu trên chuột với các gen mã hóa microRNA bị đột biến cho thấy rằng microRNA đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển, sinh lý, hành vi và các tính trạng khác, theo David Bartel, nhà sinh học phân tử tại Viện Whitehead ở Cambridge, Massachusetts. Tuy nhiên, việc xác định chính xác cách mà các phân tử riêng lẻ hoạt động là một nhiệm vụ khó khăn. Một microRNA và các họ hàng gần của nó có thể thay đổi hoạt động của hàng trăm gen khác nhau, và nhiều gen lại được kiểm soát bởi hơn một microRNA. “Mọi thứ trở nên phức tạp rất nhanh,” Bartel cho biết.
Lĩnh vực trị liệu bằng microRNA vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng các nhà nghiên cứu hy vọng rằng một ngày nào đó có thể tận dụng các chất điều hòa chính này để xác định và điều trị bệnh. Hiện có một số loại thuốc microRNA đang được phát triển, nhưng việc đưa các phân tử RNA vào trong tế bào là một thách thức lớn, Miska nói.
Việc công nhận microRNA bằng giải Nobel là một bất ngờ thú vị đối với một số nhà nghiên cứu. Năm 2006, Ủy ban Nobel đã trao giải thưởng y học hay sinh lý học cho hai nhà nghiên cứu vì phát hiện của họ về một cơ chế tế bào được gọi là can thiệp RNA, một cơ chế mà microRNA và các phân tử RNA không mã hóa khác sử dụng để ảnh hưởng đến hoạt động của gen.
“Các gen microRNA giờ đây được coi là một lớp điều hòa gen hoàn toàn mới trong bộ gen của chúng ta,” Gunter Meister, nhà hóa sinh tại Đại học Regensburg, Đức, cho biết.
“Đây là một cơ chế sinh lý hoàn toàn mới mà không ai ngờ tới,” thành viên ủy ban Olle Kämpe, một nhà nội tiết học tại Karolinska, cho biết trong buổi công bố giải thưởng. Công trình này làm nổi bật tầm quan trọng của sự tò mò trong nghiên cứu, ông nói thêm. “Họ nhìn vào hai con giun trông có vẻ hơi buồn cười và quyết định tìm hiểu tại sao. Và sau đó, họ phát hiện ra một cơ chế hoàn toàn mới để điều hòa gen. Tôi nghĩ điều đó thật tuyệt vời.”
Nguồn: Ewen Callaway và Katharine Sanderson, “Medicine Nobel awarded for gene-regulating ‘microRNAs’”, Nature, 7/10/2024
Biên dịch: Phong trào Duy Tân
