RNA interference và Ung thư ppsx

Can thiệp RNA là một cơ chế được bảo tồn trong sinh vật đa bào nhằm giúp tế bào ức chế biểu hiện một gene khi trong tương bào có sự xuất hiện một chuổi xoắn kép RNA có trình tự giống với

RNA interference

và Ung thư

Đây là bài viết của anh Ngô

Vũ thay mặt các thành viên Sinh

học Việt Nam gửi đến gia đình

anh Trần Hoàng Dũng thay cho nén nhang tưởng nhớ đến thân phụ của anh Bác mới từ trần do căn bệnh Ung thư tuyến giáp, hưởng thọ 56 tuổi

Bản báo cáo về ung thư trên toàn

cầu củaTổ chức Y Tế Thế Giới

(WHO) vào năm 2003 đã nhận định ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu dẩn đến tử vong, với hơn mười triệu chẩn đoán mới mỗi năm [1] Cũng theo bài tường thuật này, rất hiếm có gia đình nào không

bị ảnh hưởng của ung thư; môt căn bệnh hiểm nghèo không những là gánh nặng cho người bệnh mà cũng

là nổi đau của gia đình và bạn bè

thân quyến Với một tỉ lệ báo động, một phần tư dân số sẽ mắc phải ung thư trong một đời người, căn bệnh này đang là thữ thách lớn cho nền y

tế cộng đồng Các nỗ lực nhằm

nâng cao hiệu quả việc phòng,

chống và phát hiện sớm ung thư -

như ngưng hút thuốc, thay đổi chế

độ ăn uống, điều trị các bệnh viêm nhiễm, và chủ động khám sức khỏe hàng năm để sàng lọc sớm các khối

u - đang được thúc đẩy áp dụng

trên khắp quốc gia Song song với những biện pháp y tế cộng đồng để phòng chống ung thư, các phòng

thí nghiệm sinh học trên toàn thế giới đang ráo riết tìm kiếm và

không ngừng khám phá ra cơ chế phát sinh bệnh của tế bào ung thư ở mức độ tế bào và phân tử Trong

các tiến bộ gần đây, việc phát hiện

ra cơ chế can thiệp RNA (RNA

interference) và những thành công bước đầu về ứng dụng cơ chế này trong nghiên cứu ung thư đã đem

đến một tiên đoán rằng đây sẽ là

một trong những hứa hẹn trong

việc tìm kiếm phương pháp trị liệu hữu hiệu cho căn bệnh nan giải

này Bài tóm tắt dưới đây sẽ sơ

lược qua cơ chế can thiệp RNA và những ứng dụng của nó trong cuộc chiến với ung thư

Can thiệp RNA là một cơ chế được bảo tồn trong sinh vật đa bào nhằm giúp tế bào ức chế biểu hiện một

gene khi trong tương bào có sự

xuất hiện một chuổi xoắn kép RNA

có trình tự giống với gene này Đây

có lẽ là hệ thống tự vệ của tế bào nhằm chống lại sự xâm nhập của siêu vi khuẩn và các phần tử di

truyền ngoại lai khác, những yếu tố

sử dụng chuổi kép RNA trong chu

kỳ sống của chúng Sự khám phá ra

cơ chế can thiệp RNA bởi Fire và đồng nghiệp [2] đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong việc nâng cao tầm hiểu biết về vai trò

điều khiển biểu hiện gene của phân

tử RNA, ngoài hai vai trò đã được biết từ lâu của phân tử này (vai trò trung gian, phiến mã của vật chất di truyền - mRNA - và vai trò cấu trúc trong bộ máy biểu hiện protein -

ribosome RNA vàtRNA)

Cơ chế can thiệp RNA Khi tiêm

các phân tử chuổi xoắn kép RNA vào tế bào của một sinh vật đa bào,

người ta đã phát hiện ra một chuổi phản ứng mà kết quả là các phân tử phiên mã mRNA của tế bào có

trình tự giống với trình tự của phân

tử RNA ngoại lai sẽ bị tiêu hũy Sự tiêu hũy phiên mã mRNA này ngăn chận sự biểu hiện của gene ra

protein, phân tử thực sự thực hiện các chức năng của tế bào Cơ chế can thiệp vào sự biểu hiện của vật chất di truyền (gene) ở giai đoạn

RNA nên được gọi là cơ chế can

thiệp RNA.Các phần tử quan trọng tham dự vào cơ chế can thiệp RNA này là hai enzymes, Dicer và

Argonaute, và những mẫu ngắn

RNA can thiệp (siRNA) Khi có sự xâm nhập của chuổi xoắn kép RNA

vào tương bào, Dicer lập tức cắt

những chuổi kép RNA này ra

những đoạn ngắn hơn, khoảng

21-28 nucleotides, gọi là những mẫu ngắn RNA can thiệp Sau khi bị cắt ngắn bởi Dicer, chuổi kép RNA can thiệp được tách ra làm hai chuổi

đơn, và chỉ một chuổi đơn RNA

với đầu 5' có lực bắt cặp base

(base-pairing) nhỏ nhất được chọn

để tiếp tục liên kết với Argonaute Quá trình lựa chọn chuổi đơn RNA này xảy ra trong phức hệ RISC

(RNA-induced silencing complex), trong đó có chứa Argounaute và

Helicase Phức hệ RISC sau đó

thâu nhận các phân tử phiên mã

mRNA của tế bào có trình tự tương

đồng với trình tự của đoạn chuổi

đơn RNA can thiệp lúc này đang có mặt trong phức hệ RISC Sau khi nhận dạng mRNA qua việc bắt cặp các bases tương đồng với trình tự của chuổi đơn RNA can thiệp,

mRNA bị cắt đứt ở khoảng giữa

của chuổi kép siRNA-mRNA Sau khi bị cắt đứt, mRNA nhanh chóng

bị tiêu hũy bởi các RNA nuclease (Hình 1)

Micro-RNA Ngay sau khi phát

hiện ra cơ chế can thiệp RNA,

người ta nhanh chóng nhận ra rằng,

cơ chế này đã được sữ dụng từ lâu trong tế bào bởi một hệ thống điều hòa biểu hiện gene gọi là

micro-RNA (mimicro-RNA) Hơn mười năm trước đây, Lee và đồng nghiệp [3] nghiên cứu trên mô hình giun (C elegans) đã phát hiện gene lin-4 không những không cho ra phiên

mã mRNA như các gene thông

thường khác mà chỉ sinh ra những phân tử nhỏ RNA Một điều ngạc nhiên là những phân tử nhỏ RNA này lại tương tác với phiên mã

mRNA của một gene khác, gene lin-14, và ức chế biểu hiện của

gene lin-14 này Nhiều khám phá liên tiếp sau đó cho thấy rằng hệ thống điều hòa biểu hiện gene ở giai đoạn RNA này cũng được tìm thấy trong các loài động vật khác như ruồi giấm và người, chứng tỏ

rằng cơ chế này được bảo tồn trong quá trình tiến hóa Ngày nay, người

ta ước lượng có khoảng 500 genes cho miRNAs và khoảng vài ngàn genes là tâm điểm của hệ thống

hoạt động miRNAs [4]

Mặc dù các nhà nghiên cứu vẫn

chưa thực sự hiểu rỏ làm thế nào

miRNA ức chế sự biểu hiện của

mRNA, cơ chế miRNA có nhiều

điểm tương đồng với cơ chế can

thiệp RNA.Trong tế bào động vật, khi những phân tử micro-RNA đầu tiên (gọi là pri-miRNAs) được tạo

ra trong nhân qua quá trình phiến

mã từ gene, pri-miRNAs được cắt gọt bởi một enzyme có mặt trong

nhân gọi là Drosha để tạo thành

những sợi pre-miRNAs Các

premiRNA sau đó được di chuyển

ra ngoài tương bào và tương tác với enzyme Dicer rồi kế tiếp là phức hệ RISC như trình bày ở trên Một

điều đáng chú ý là, ở thực vật

miRNA ức chế biểu hiện mRNA

chủ yếu qua sự tiêu hũy mRNA,

trong khi đó ở động vật miRNA

can thiệp chủ yếu bằng cách ức chế quá trình dịch mã của mRNA Độ tương đồng trong trình tự của

miRNA với mRNA trong phức hệ RISC sẽ quyết định mRNA sẽ bị

cắt và tiêu hũy hay chỉ làm im lặng quá trình dịch mã của mRNA Nếu trình tự của miRNA giống hệt với

trình tự của mRNA, mRNA sẽ bị tiêu hũy Nếu trình tự của miRNA tính từ đầu 5' chỉ cần tối thiểu

tương đồng với mRNA từ

nucleotide vị trí số 2 đến số 8 thì cơ chế miRNA sẽ kích hoạt, tức là chỉ chặn đứng sự dịch mã mà không

làm tiêu hũy mRNA Vai trò của

miRNA trong quá trình phát triển, tiến hóa và bệnh tật ở động vật đã được thảo luận một cách rỏ ràng

trong một bài viết bởi Plasterk [5]

Hình 1 Cơ chế can thiệp RNA (http://www.rnaiweb.com)

Ứng dụng cơ chế can thiệp RNA trong nghiên cứu ung thư Tế bào

ung thư phát sinh từ sự tích lũy và chọn lọc nhiều đột biến liên tiếp có lợi cho sự phân chia và tồn tại của chúng Những biến đổi di truyền và đôi khi trên vật chất di truyền

(epigenetic) giúp tế bào ung thư

vượt qua được sự khống chế của

các nguyên tắc điều hòa tế bào và

cơ thể, như chương trình tự sát tế bào (apoptosis) hoặc các tín hiệu kìm hảm phân chia

(antiproliferative signals) Quá

trình biến dạng từ một tế bào bình thường sang một trạng thái không tuân lệnh và thường là nguy hiểm cho sự ổn định của cơ thể chủ thoạt đầu được nghĩ là một điều kiện

chọn lọc chỉ có lợi cho tế bào ung

thư Nhưng khi nhìn kỹ vào cách thức sinh tồn của tế bào ung thư

người ta dần dần hiểu rằng sự tích lũy nhiều đột biến di truyền cũng làm cho tế bào ung thư dể dàng

nhạy cảm với những thay đổi xung quanh Thí dụ một dạng ung thư đã thành công trong việc tăng cường sản phẩm của gene A hoặc làm

giảm hoạt động của gene B Dạng ung thư này trỡ thành "nghiện" với

sự có mặt liên tục của sản phẩm

gene A hoặc sự vắng mặt của gene

B Khi tế bào ung thư này đột ngột

bị mất đi nguồn sinh tồn là sản

phẩm gene A hoặc thình lình chạm trán với sản phẩm gene B, nó sẽ

không còn trong lợi thế sinh tồn

mãi mãi nữa và có thể bị diệt vong Hiểubiết những chổ yếu này của tế bào ung thư sẽ giúp tìm ra được

phương tiện tấn công và tiêu diệt tế bào ung thư một cách đặc hiệu

Sự khám phá ra cơ chế can thiệp

RNA không lâu được nhận thức

rằng đây chính là công cụ cần thiết

để dò tìm các cơ chế phân tử bị

thay đổi trong tế bào ung thư Do tính đặc hiệu của quá trình can

thiệp RNA kết hợp với tính dể dàng nhân rộng tiến trình thực nghiệm từ hàng ngàn gene lên tới toàn bộ

genome trong một thí nghiệm, hệ thống các "điểm yếu" của nhiều

dạng ung thư sẽ nhanh chóng được

giải mã và hàng loạt thuốc đặc hiệu cho từng loại ung thư sẽ được điều chế dựa trên hệ thống điểm yếu

này

Các nhà nghiên cứu đã dùng nhiều phương pháp để đưa RNA can

thiệp vào tế bào với mục đích khám phá các đường tín hiệu song tồn chỉ

có ở tế bào ung thư Nhiều phương pháp bắt đầu từ việc xây dựng một thư viện chứa các đoạn RNA can thiệp cho toàn bộ gene RNA can thiệp có thể được tổng hợp từ hóa chất, từ sản phẩm PCR, từ DNA

plasmids, hay từ retrovirus Sau khi

có được những thư viện này, người

ta đưa chúng vào tế bào và bắt đầu

sàng lọc để tìm ra đoạn RNA có

độc tính đối với ung thư rồi từ đó giúp suy ra cơ chế phân chia không điều khiển của tế bào ung thư

Phương pháp thư viện RNA can

thiệp cũng có thể được dùng để xây dựng một cây phân loại chức năng cho nhiều loại ung thư Những cây phân loại chức năng này sẽ giúp

thúc đẩy quá trình điều chế thuốc đặc hiệu chống ung thư

Mặc dù cuộc chiến chống ung thư

có thể còn kéo dài, hiểu biết về ung thư được nhanh chóng tăng lên do

có nhiều tiến bộ về phương pháp

cũng như công cụ nghiên cứu, mà quan trọng và gần đây nhất là can

thiệp RNA Kiến thức mới về cơ

chế ung thư càng tăng dẫn đến

nhiều hy vọng tìm ra thuốc trị có

hiệu quả nhất Khi những hiểu biết mới này kết hợp với các kiến thức tích lũy từ trước đến nay trong việc phòng và chống ung thư như được

đề cập đến trong bản báo cáo về

ung thư trên toàn cầu của tổ chức Y

tế thế giới, chúng ta có quyền hy

vọng rằng ung thư không còn là căn bệnh đáng sợ nữa ở thế kỹ 21