Giải Nobel y sinh năm nay được trao cho hai nhà khoa học Mỹ Victor Ambros và Gary Ruvkun, cho phát hiện về microRNA trong việc điều chỉnh hoạt động của các gene trong bộ gene của tế bào.

Điều chỉnh biểu hiện gene

Thông tin quy định cấu trúc và chức năng của tất cả các tế bào trong một cơ thể được lưu giữ trong DNA như một bản thiết kế tổng. Những thông tin này được sắp xếp thành những đơn vị nhỏ hơn gọi là gene.

Thông tin từ gene được hiện thực hóa thành các cấu trúc cụ thể thông qua một quá trình gọi là biểu hiện gene khi DNA được phiên mã sang RNA, những bản vẽ chi tiết, để gửi đến bộ máy sản xuất trong tế bào nhằm tạo ra protein - những cỗ máy nhỏ là đơn vị cấu trúc và thực hiện các chức năng của tế bào.

Mỗi một loại tế bào như da hay xương dù có chung bản thiết kế tổng nhưng lại có cấu trúc và chức năng khác nhau bởi vì chúng chứa những protein khác nhau, thông qua quá trình điều chỉnh biểu hiện gene - phiên mã những gene nào, lúc nào nên bật nên tắt, khi bật thì nên sản xuất bao nhiêu trong thời gian bao lâu.

Do đó, quá trình biểu hiện gene đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên một cơ thể hoàn chỉnh, đảm bảo cho cơ thể hoạt động trơn tru và khỏe mạnh. Sai sót trong quá trình biểu hiện gene có thể dẫn đến dị tật, ung thư, tiểu đường hay bệnh tự miễn.

Vào những năm 1980, Victor Ambros và Gary Ruvkun làm việc chung với nhau trong phòng thí nghiệm của Robert Horvitz - người đoạt giải Nobel năm 2002 cho các phát hiện liên quan tới cái chết theo chương trình của tế bào.

Trong thời gian này, Victor và Gary nghiên cứu sự phát triển của loại giun tròn có tên khoa học là C. elegans - vốn là mô hình lý tưởng cho nghiên cứu vì chỉ có vài ngàn tế bào. Cả Victor và Gary đều nghiên cứu hai gene bí ẩn là lin-4 và lin-14 có vai trò quan trọng trong sự phát triển của giun.

Những phát hiện trước đó của Victor cho thấy hoạt động của gene lin-14 bị ức chế bởi gene lin-4 thông qua một cơ chế chưa được biết đến lúc bấy giờ.

Khám phá quan trọng

Sau khi rời khỏi lab của Robert, cả Victor và Gary đều đến Đại học Harvard để lập nên phòng thí nghiệm của riêng mình.

Trong thời gian ở Harvard, phòng thí nghiệm của Victor phát hiện gene lin-4 tạo ra những RNA rất nhỏ, khác hẳn với những RNA đóng vai trò là bản vẽ chi tiết để tạo nên protein. Cùng lúc đó, phòng lab của Gary phát hiện ra lin-4 ức chế hoạt động của lin-14 sau khi lin-14 đã được phiên mã thành RNA hoàn chỉnh.

Điều này khác hẳn với niềm tin lúc đó cho rằng gene được điều chỉnh thông qua việc bật tắt quá trình tổng hợp RNA từ DNA. Những nghiên cứu sau đó của cả hai lab cho thấy những RNA nhỏ của lin-4 (microRNA) bắt cặp với RNA của lin-14 và ức chế quá trình tổng hợp protein lin-14. Đây là một cơ chế điều hòa biểu hiện gene hoàn toàn mới lúc bấy giờ. Các kết quả được công bố năm 1993 trên tạp chí Cell.

Khi mới được công bố, những nghiên cứu này không được chú ý bởi cộng đồng khoa học vì phần lớn nhà khoa học cho rằng đây chỉ là một ngoại lệ ở giun. Chỉ đến năm 2000, khi nhóm của Gary công bố thêm một microRNA khác được mã hóa bởi gene let-7.

Khác với lin-4, let-7 có trong bộ gene của tất cả động vật, cho thấy microRNA là một cơ chế điều chỉnh biểu hiện gene quan trọng và phổ biến. Điều này tạo ra một làn sóng mới nghiên cứu về cơ chế tổng hợp và hoạt động của microRNA.

Sau những khám phá bước đầu của cả Victor và Gary, hàng ngàn microRNA đã được phát hiện và công bố. Thêm vào đó, cơ chế hoạt động của microRNA cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn cho thấy sự đa dạng và linh hoạt của cơ chế điều chỉnh biểu hiện gene này.

Điều chỉnh biểu hiện gene bởi microRNA được cho là một cơ chế rất cổ xưa xuất hiện cách đây vài trăm triệu năm và là cơ sở để tạo ra những sinh vật có cấu trúc phức tạp. Sự bất thường trong microRNA có thể dẫn đến ung thư hay rất nhiều chứng bệnh khác.

Ở người, một số đột biến ở các gene quy định microRNA gây ra chứng điếc bẩm sinh hay bất thường ở mắt và xương. Những đột biến ở protein tổng hợp nên microRNA gây ra hội chứng DICER1 - một hội chứng hiếm gặp nhưng rất trầm trọng với sự xuất hiện của các khối u ở các cơ quan và mô khác nhau.

Những cống hiến của Victor và Gary liên quan đến microRNA cho thấy những phát hiện đột phá có thể đến từ những khởi đầu rất khiêm tốn như sự bất thường trong phát triển của giun tròn nhỏ bé.

Nobel y sinh vinh danh nghiên cứu về điều hòa gene

Giải Nobel năm nay vinh danh hai nhà khoa học Mỹ vì đã khám phá ra nguyên lý cơ bản chi phối cách thức điều hòa hoạt động của gene.