III. Tài liệu tham khảo
3.Khái niệm về miRNA
miRNA là thuật ngữ dùng để chỉ một nhóm các phân tử RNA nhỏ, không mã hóa protein và được tạo ra ở bên trong tế bào (nội sinh) (Grishok và cs, 2000). miRNA có vai trò chức năng quan trọng trong cơ thể sinh vật từ C.elegans đến các động vật có xương sống bậc cao vì chúng có khả năng bắt cặp các base với các mRNAđể điều hòa chuyên biệt sự biểu hiện của một gene nào đó (Pushparaj và Melendez, 2006; Hatfield và Ruohola-Baker, 2008). Số lượng miRNA được biết cho đến thời điểm này là hơn 5300 (theo công bố năm 2008 của Sanger Institute), gấp nhiều lần so với những ước tính ban đầu, và hàng nghìn miRNA trong số đó đang chờ được các thí nghiệm kiểm chứng. Sau khi đã xác định được các miRNA trên các genome đã được giải trình tự, vấn đề quan trọng là xác định đâu là mục tiêu tác động của các miRNA đó và quy trình sinh học nào được điều khiển để thực hiện tác động đó.
3.1. miRNAs: sự sinh tổng hợp và cơ chế phân tử
miRNA được mã hóa trong genome và được phiên mã bởi RNA polymerase II (pol II) tạo thành sản phẩm phiên mã sơ cấp (miRNA sơ cấp) với chiều dài vài
kilobase (Lee và cs, 2004). miRNA trưởng thành được tạo ra từ miRNA sơ cấp thông qua bước xử lí sau đó (như hình 3A mô tả). Đầu tiên, miRNA sơ cấp được nhận biết bởi phức hợp vi xử lí nằm trong nhân, phức hợp này có thành phần chính là enzyme RNase-III có tên là Drosha và protein có chức năng bám vào RNA là DGCR8 (DiGeorge critical region 8) (Denli và cs, 2004; Gregory và cs, 2004; Han và cs, 2004; Landthaler và cs, 2004). Phức hợp vi xử lí sẽ tiến hành phân cắt cấu trúc kẹp tóc dạng stem-loop có chứa miRNA thành những phân tử có kích thước trung bình từ 60-80 nucleotide, được gọi là các miRNA tiền thân (pre-miRNA). miRNA tiền thân được nhận biết bởi nhân tố Exportin-5 và được vận chuyển vào tế bào chất thông qua sự kết hợp giữa Exportin-5 với đồng yếu tố (co-factor) của nó là Ran-GTP. (Yi và cs, 2003; Bohnsack và cs, 2004; Lund và cs, 2004).
Trong tế bào chất, một en zyme RNase III khác có tên gọi Dicer sẽ một lần nữa phân cắt miRNA tiền thân để tạo các miRNA mạch đôi chiều dài từ 18 đến 24 nucleotide (Bernstein và cs, 2001a; Grishok và cs, 2001; Hutvagner và cs, 2001; ketting và cs, 2001). Một mạch trong số đó đóng vai trò “dẫn đường”, sẽ kết hợp theo phương thức không cần ATP với phức hợp bất hoạt cảm ứng bởi RNA (RNA- induced silencing complex – RISC). RISC chứa thành phần chính là protein Argonaute (ở người là protein Ago1-4) (Kim, 2005). Mạch còn lại của miRNA sẽ kết hợp bổ sung với mRNA mục tiêu, thực hiện các cơ chế bám dính và bất hoạt (làm im lặng – silencing).
3.2. Hiệu quả sinh học của miRNA
miRNA đã được công bố là có mối liên hệ đến các quá trình sinh học, bao gồm sự phát triển, biệt hóa, apoptosis và tăng sinh (Bartel, 2004; Harfe, 2005). Thách thức hiện nay là việc làm sáng tỏ chức năng của miRNA trong các hoạt động sinh lí bình thường và trong tình trạng bệnh. Liên quan đến các chức năng quan trọng trong suốt quá trình phát triển bình thường và nội cân bằng trong tế bào, dần dần các nhà khoa học đã nhận ra vấn đề là: khi hoạt động của miRNA có bất thường có thể dẫn đến các bệnh lí trên người (Esau và Monia, 2007).
3.3. miRNA trong bệnh ung thư
Nhiều nghiên cứu hiện nay đã cho thấy vai trò của miRNA trong bệnh ung thư và những biến đổi của miRNA có vai trò quan trọng trong tiến triển của khối u (McManus, 2003; Ambros, 2004). Chi tiết được trình bày tại hình 3B. Thêm vào đó, đã có công bố cho rằng hơn 50% gene miRNA định vị ở những vị trí không bền và những vùng trên genome có liên quan đến ung thư, điều này cho thấy miRNA có thể đóng nhiều vai trò hơn trong quá trình phát sinh ung thư (Calin và cs, 2004). Bằng chứng đầu tiên cho thấy miRNA có liên quan đến ung thư chính là khám phá về gene miR-15a và miR-16-1 bị điều hòa giảm (down-regulate) hay bị mất ở hầu hết các bệnh nhân bị ung thư bạch cầu lympho mạn tính (CLL) (Calin và cs, 2002). Việc sử dụng miRNA microarray đã giúp thực hiện những khảo sát ở quy mô lớn ở các bệnh nhân ung thư, và từ đây đã khẳng định rằng miRNA biểu hiện ở mức độ khác nhau trong mô khối u và mô bình thường (Calin và Croce, 2006a).
Hình 3 – Quá trình sinh tổng hợp miRNA
(A) Sự sinh tổng hợp miRNA liên quan đến nhiều enzyme và các quá trình xúc tác. Sau khi được phiên mã bởi RNA polymerase II (pol II), gắn mũ chụp và đuôi polyA, miRNA sơ cấp sẽ được phân cắt trong nhân bởi endonuclease Drosha, tạo thành các miRNA tiền thân (1). miRNA tiền thân này sẽ chuyển từ nhân ra ngoài tế bào chất và được xử lí bởi Dicer, tạo các miRNA mạch đôi tạm thời có kích thước 19-24 nucleotide (2). Mạch đôi bị phân cắt (3) và chỉ có 1 mạch của miRNA trưởng thành tương tác với RISC (4). Phức hợp miRNA-RISC này sẽ điều hòa âm tính độ bền và quá trình dịch mã của các mRNA mục tiêu khác nhau, tùy thuộc vào độ bắt cặp bổ sung của miRNA và mRNA mục tiêu.
(B) Sự nhân bản và biểu hiện vượt mức của miRNA có thể điều hòa giảm (down- regulate) các gene ức chế khối u và các gene quan trọng cho sự biệt hóa. Điều này có thể góp phần hình thành khối u bằng cách kích thích tăng trưởng, hình thành mạch máu và di căn. Nhân bản các miRNA có tính gây ung thư như cụm miR-17-92, miR-21 và miR-372 có liên quan đến quá trình khởi đầu và tiến triển của khối u. Trong khi đó, miRNA cũng có thể đóng vai trò là các yếu tố ức chế khối u, giúp điều hòa giảm các oncogene, thay thế vai trò của các gene ức chế khối u bị mất chức năng. Bất kì sự bất thường nào xảy ra trong quá trình sinh tổng hợp cũng có thể dẫn đến sự biểu hiện bất thường các oncogene mục tiêu, sau đó có thể làm cho khối u hình thành.