Công nghệ antisense

PGS.TS. NGUYỄN VĂN KÌNH, PGS.TS. TRẦN THÚY HẠNH, BS. NGUYỄN TUẤN ANH

MỞ ĐẦU

Trị liệu antisense được thiết kế để chuyển các phân tử antisense tới các TB đích, các phân tử này sẽ lai tạo và ức chế một cách đặc hiệu sự biểu hiện của các gen gây bệnh (Hình 4.1). Trước kia, thuật ngữ antisense bao hàm một vài nghĩa tuy khác biệt nhưng lại có quan hệ gần gũi như công nghệ antisense hay anticode, ribozym hay acid nucleic xúc tác (catalytic ribonucleic acid – RNA), triplex hay antigene và aptamer (Bảng 1). Cho tới nay vẫn chưa có thuật ngữ chuyên môn để mô tả các công nghệ trong lĩnh vực này. Mục đích sử dụng thuật ngữ trị liệu antisense trong chương này là cách tiếp cận antisense theo nghĩa kinh điển. Chúng ta sẽ đề cập tới ribozym và aptamer ở các chương sau.

Acid nucleic antisense là các oligonucleotid chuỗi đơn bổ cứu cho trình tự của một RNA hoặc DNA đích. Hơn 25 năm trước, Zamecnik và Stephenson lần đầu tiên giới thiệu phương pháp trị liệu antisense. Hơn nữa, RNA antisene tự nhiên đã được phát hiện với nghĩa là điều hòa biểu hiện gen trong các tế bào sống. Tuy nhiên, những phát hiện lý thú này  không làm hấp dẫn các nhà nghiên cứu vì các thực nghiệm về trị liệu antisense trong thời kỳ 1970-1980 phát triển rất chậm.

Sau đột phá lớn về tổng hợp tự động các oligonucleotidòngười ta đã thu được một lượng đủ lớn oligonucleotid chất lượng cao cho các nghiên cứu in vitro và in vivo trên người, công nghệ antisense đã được phát triển nhanh chóng và được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu về chức năng và điều hòa gen, hiệu chỉnh biểu hiện gen và phê chuẩn các thuốc mới. Hiện nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu công bố về tiềm năng sử dụng các oligonucleotid trong điều trị bệnh cho người như bệnh cao huyết áp và các bệnh tim mạch khác, bệnh ung thư, các rối loạn di truyền và các bệnh nhiễm trùng do virus.

Thuốc antisense đầu tiên có tên là Vitravene được phê chuẩn để điều trị các bệnh viêm võng mạc do cảm ứng với cytomegalovirus. Một số antisense oligonucleotid  đã tham gia trong các thử nghiệm lâm sàng pha I-II với tư cách là các tác nhân kháng ung thư (điều trị riêng rẽ hay kết hợp với hóa trị liệu thông thường).

Một phạm vi có quan hệ gần gũi là công nghệ RNA interference (RNAi). RNAi lần đầu tiên được phát hiện với tư cách là một cơ chế bảo vệ tế bào chống lại sự xâm lấn của các gen ngoại lai ở Caenorhaditis elegans và sau này cũng quan sát thấy ở nhiều loài nhân thực như côn trùng, cây cỏ, nấm và các động vật có xương sống. RNAi là một cơ chế nội bào có ảnh hưởng lớn đối với đặc hiệu trình tự, làm yên lặng gen hậu phiên mã để kiềm chế gen. Các RNA sợi kép được xử lý bởi Dicer – một enzym có tên là ribonuclease III của TB để tạo nên cặp đôi khoảng 21 nt  với phần 3 nhô ra được gọi là small interfering RNA (siRNA) gián tiếp phân hủy RNA thông tin đặc hiệu trình tự. Các phân tử siRNA trong các TB động vật có vú còn có khả năng làm yên lặng một cách đặc hiệu sự biểu hiện gen. Vì vậy, công nghệ RNAi đã được sử dụng như là một thay thế mới và hiệu lực so với các công nghệ làm yên lặng gen khác như antisense và ribozym.

Hình 4.1. Mô hình đơn giản quá trình biểu hiện gen và những cơ chế tác động của antisense oligonucleotid. Antisense oligonucleotid sẽ bổ cứu với trình tự RNA đích. Nó lai tạo đặc hiệu với RNA đích dẫn đến ngừng quá trình phiên dịch và làm tăng sự phân giải RNA do hoạt tính của RNase H hoặc giảm đồng hóa RNA do ức chế sự ghép đôi của RNA.

(Theo Ruiwen Zhang và Hui Wang. (2005) Cancer Gene Therapy. Human Press. Totowwa, New Jersey)

Bảng 4.1. Những đặc tính chính của antisense và công nghệ RNAi

Ghi chú: Vị trí tác động^a là vị trí khởi đầu của sự tương tác giữa các phân tử hoạt hóa với phân tử đích.

RNA^b  là các RNA đích như pre –RNA, mRNA hoặc RNA của virus

Antisense đầu tiên là Vitravene được phê chuẩn để điều trị các bệnh viêm võng mạc do cảm ứng bởi cytomegalovirus. Một vài antisense khác đã được sử dụng trong các thử nghiệm lâm sàng pha I-II.

Bảng 4.2. Những antisense oligonucleotid với tư cách là các tác nhân kháng ung thư  trong các thử nghiệm lâm sàng.

Ghi chú: PKC-protein kinase C; tiểu đơn vị điều hòa PKC-RIa I của protein kinase A phụ thuộc AMP vòng (cAMP)

Tuy nhiên, công nghệ này cũng còn nhiều giới hạn vì khi sử dụng các phân tử siRNA để điều hòa biểu hiện một gen đặc hiệu lại phụ thuộc sự cận đích và hiệu quả chuyển giao siRNA vào các TB đích. Phần lớn các báo cáo về công nghệ siRNA lấy từ các kết quả in vtro, còn hiệu ứng của việc sử dụng dài hạn in vivo thì vẫn chưa được xác định. Chúng ta sẽ còn đề cập tới các RNAi hay siRNA ở các mục khác.

CÔNG NGHỆ ANTISENSE

Hóa học antisense

Cả antisense RNA và DNA đều được sử dụng trong nghiên cứu chức năng gen bằng cách làm yên lặng biểu hiện gen đích.

Antisense RNA

Antisense RNA tự nhiên đã chứng minh được rằng có liên quan tới việc điều hòa gen ở các cơ thể bình thường. Các antisense RNA tổng hợp cũng đã được sử dụng cho các nghiên cứu in vitro. Vì các RNA cực kỳ nhạy cảm với sự phân giải của nuclease nên tiềm năng sử dụng về mặt dược lý học của antisense RNA bị hạn chế.

Trước đây đã có 2 cách tiếp cận chính về việc ứng dụng antisense trong các TB sống. Đó là biểu hiện nhân (nuclear expression) của antisense bởi các gen antisense công nghệ hóa và vi tiêm RNA antisense tổng hợp vào trong TB. Các antisense RNA đã cải biến hóa học được nghiên cứu với tư cách là các phân tử antisense RNA ổn định trong điều hòa xuống các gen liên quan tới ung thư.