Hotline 247
04 6662 6362
 
Hà Nội
0968 378 899
 
Hồ Chí Minh
01289 777 888

Tổng quan về miRNA

BioMedia

 

microRNA (miRNA) là phân tử ARN nhỏ không mã hóa, độ dài khoảng 21- 25 nucleotide. miRNA phổ biến rộng khắp giới thực vật, động vật và được tìm thấy ở một số virus. Những RNA này được bảo tồn một cách đáng kể ở cả thực vật, động vật và được cho là thành phần tiến hóa cổ quan trọng của quy luật di truyền.

Phát hiện ra miRNAs

miRNAs được miêu tả đầu tiên trong tạp chí Cell năm 1993 bởi Lee và các cộng sự tại Đại học Havard sau nghiên cứu của họ về mô hình giun tròn C. elegans. Trong khi nghiên cứu về giai đoạn phát triển sau phôi của C. elegans, họ đã phát hiện ra rằng lin-4, một gen điều hòa âm tính protein mã hóa lin-14, thực sự không mã hóa protein. Thay vào đó, họ tìm thấy bằng chứng chắc chắn rằng lin-4 mã hóa 2 bản sao ngắn của 2 đoạn có chiều dài khoảng 22 và 61 nucleotide. Ngoài ra, 2 bản sao này còn chứa trình tự bổ sung cho 3-UTR (vùng không dịch mã) của lin-14 mRNA. Những quan sát này cho rằng lin-4 điều hòa sự dịch mã của lin-14 bằng cơ chế antisense RNA trong nhiều năm qua, sự điều hòa antisense này được cho là một hiện tượng giới hạn đối với giun tròn.  

miRNA không chỉ dành cho giun tròn

6 hoặc 7 năm sau, miRNA thứ hai được phát hiện. let-7 đã được phát hiện điều hòa âm tính cho mRNA lin-41 để thúc đẩy quá trình phát triển ở C. elegans. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Nature bởi Reinhart và các cộng sự từ Trường Y Khoa Havard. Ngay sau đó, gene let-7 được tìm thấy ở nhiều sinh vật khác nhau, thôi thúc các nhà khoa học nghiên cứu về vai trò của phân tử RNA mới này trong việc xác định thời gian phát triển ở người. Nhiều năm sau đó, loại RNA này được mở rộng, gồm nhiều thành viên, nhưng sự định lượng biểu hiện gene đã cho thấy rằng, chúng có thể không liên quan đến việc điều hòa phát triển ở người mà ở các chu trình điều hòa khác. Thuật ngữ miRNA được đặt bởi Gary Ruvkun năm 2001 và lĩnh vực sinh học miRNA chính thức ra đời.

Nhiều miRNA tương đương với nhiều mục tiêu

Kể từ đó, bộ gene người được dự đoán mã hóa cho hơn 1000 miRNA và rất nhiều trong số này đã được xác định thông qua việc kết hợp tạo dòng ngẫu nhiên, giải trình tự hoặc dự đoán bằng cách tính toán. Nhiều nghiên cứu miRNA đến nay đa dạng về loại tế bào của động vật có vú và nhìn chung, chúng nhắm vào khoảng 60% gene động vật phổ biến. Phần lớn các miRNA phổ biến được cho là có liên quan đến các quá trình riêng biệt như miễn dịch, sinh học và sự phát triển của cơ. Ngoài ra, biểu hiện khác thường của miRNA còn liên quan tới nhiều bệnh lý khác nhau như ung thư, tim mạch và rối loạn chuyển hóa. miRBase, được quản lý bởi Viện Sanger, là một nguồn hữu ích, cập nhật các thông tin về danh pháp, trình tự nucleotide, chú giải và dự đoán mục tiêu/ chức năng của miRNA.  

miRNA được tạo ra như thế nào?

miRNA ở thực vật và động vật được mã hóa bởi DNA nhân thực, trong khi miRNA của virus được mã hóa bởi DNA virus. Đoạn thông tin sau đây sẽ tập trung chủ yếu vào miRNA động vật.

Những gene mã hóa cho miRNA có xu hướng dài hơn nhiều so với phân tử miRNA trưởng thành. Các miRNA thường tập trung ở phía trước gene chủ pre-mRNA của chúng, chia sẻ yếu tố điều hòa và phiên mã sơ cấp. Đồng thời, cả 2 gene này còn giống nhau về biểu hiện sơ lược. Đối với các gene còn lại được phiên mã từ vùng khởi động của chúng, chỉ có một vài đoạn phiên mã sơ cấp được xác định đầy đủ. miRNA động vật tiêu biểu được tạo thành theo các bước sau (xem mô tả ở hình 1):

- MicroRNA được phiên mã bởi RNA polymerase II tạo thành phân tử tiền chất RNA lớn gọi là pri-miRNA. Pri-RNA gồm có mũ 5’ và đuôi poly-A 3’.

- Pri-miRNA được xử lý trong nhân nhờ phức hợp vi xử lý, tạo thành bởi enzyme Rnase III Drosha, và protein gắn dsRNA, Pasha. Pre-miRNA sau xử lý có chiều dài xấp xỉ 70 nucleotide và gấp lại thành cấu trúc vòng thân không hoàn chỉnh.

- Pre-miRNA sau đó được xuất ra tế bào chất nhờ phức hợp Exportin-5 và Ran-GTP. Ran là protein nhỏ có vị trí gắn GTP, cần thiết cho sự chuyển vị của RNA và protein thông qua phức hợp lỗ nhân. Ran GTPase bám vào Exportin-5 và hình thành cấu trúc dị trimer nhân với pre-miRNA.

- Trong tế bào chất, pre-miRNA tiếp tục trải qua quá trình xử lý bằng enzyme Dicer RNAse III, tạo ra miRNA cuối cùng với chiều dài khoảng 21-25 nucleotide. Mặc dù các mạch đôi miRNA có thể có hoạt động miRNA nhưng chỉ có một mạch được kết hợp thành phức hợp RISC (RNA-induced silencing complex). RISC đôi khi được xem như miRNA (miRNA ribonucleoprotein complex) và khi có mặt tại đây, miRNA và mRNA mục tiêu của chúng tương tác với nhau. Protein Dicer khởi đầu sự tạo thành RISC. RISC cũng chịu trách nhiệm cho “gene silencing” (thuật ngữ dùng để chỉ hiện tượng câm lặng của gene) do sự can thiệp RNA.

Hình 2. Quy trình xử lý của một miRNA động vật tiêu biểu (Nguồn: Narayanese).

miRNA được phiên mã từ gen của chúng hoặc gen chủ như một pre-miRNA phiên mã dài. Sau khi được xử lý thành pre-miRNA và chuyển đến tế bào chất nhờ Exportin-5, quá trình sửa đổi được thực hiện bởi Dicer, tạo ra phân tử miRNA, sẵn sàng cho “gene silencing”

miRNA thực hiện chức năng như thế nào?

miRNA thực hiện chức năng nhờ trình tự bắt cặp bổ sung trong phân tử mRNA và điều này dẫn đến sự câm của trình tự cụ thể trong phân tử mRNA thông qua một trong các quá trình sau:

1. Cắt mạch mRNA thành 2 đoạn.

2. Làm mRNA mất ổn định bằng cách cắt ngắn đuôi polyA

3. Dịch mã kém hiệu quả mRNA thành protein bằng ribosome.

 

Tài liệu tham khảo:

  1. Lee RC, et al. (1993) ? The C. elegans Heterochronic Gene lin-4 Encodes Small RNAs with Antisense Complementarity to lin-14Cell. 75:843–854.

  2. Reinhart BJ, et al. (2000). The 21-nucleotide let-7 RNA regulates developmental timing in Caenorhabditis elegans. Nature. 403:901–6.

  3. Ruvkun, G. (2001). Molecular Biology: Glimpses of a Tiny RNA WorldScience. 294:797–799.

  4. http://bitesizebio.com

Dịch giả Tô Hoàng Trúc Anh

Biên soạn BioMedia VN

Các bài viết cùng chủ đề

Tổng quan về miRNA

  microRNA (miRNA) là phân tử ARN nhỏ không mã hóa, độ dài khoảng 21- 25 nucleotide. miRNA phổ biến rộng khắp giới thực vật, động vật...

Giải trình tự ARN: một công cụ cách mạng cho nghiên cứu hệ phiên mã

Giải trình tự ARN (RNA-seq) là phương pháp được phát triển những năm gần đây để lập hồ sơ hệ phiên mã bằng cách sử...

Nguồn gốc sự sống: Mô hình mới có thể giải thích sự xuất hiện khả năng tự nhân bản trên Trái đất

Khi sự sống trên Trái đất bắt đầu gần 4 tỷ năm trước, rất lâu trước khi con người, loài khủng long hay thậm chí...