科普中國消息，2024年10月7日，瑞典卡羅琳醫(yī)學院宣布，將今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予美國科學家 Victor Ambros 和 Gary Ruvkun，以表彰他們在發(fā)現(xiàn)微小 RNA及其在基因調控中的作用方面做出的開創(chuàng)性貢獻。這項突破性發(fā)現(xiàn)揭示了生命調控的一個全新維度，對我們理解生命過程具有深遠影響。
來自馬薩諸塞大學醫(yī)學院的 Victor Ambros 和來自波士頓市麻省總醫(yī)院及哈佛醫(yī)學院的 Gary Ruvkun 榮獲 2024 年諾貝爾生理學及醫(yī)學獎
microRNA
基因表達的新調控者
要理解這項發(fā)現(xiàn)的重要性，我們需要先了解基因表達的基本過程。
在生物學中，DNA 中的遺傳信息通過一系列步驟最終產(chǎn)生蛋白質，這些蛋白質是執(zhí)行生命功能的主要分子。而 Ambros 和 Ruvkun 的發(fā)現(xiàn)為這個過程增添了一個新的調控層面。
每個細胞都含有相同的染色體組，因此擁有完全相同的基因集合。細胞類型特異性功能的產(chǎn)生是由于在每種細胞類型中只有特定的一部分基因被激活。
他們發(fā)現(xiàn)的微小 RNA 是一類很短的 RNA 分子，通常只有 20~24 個核苷酸長。這些微小分子不產(chǎn)生蛋白質，而是通過影響其他 RNA 分子來調節(jié)基因的活動。
我們可以把微小 RNA 比作一個精密的“音量調節(jié)器”。就像我們可以通過調節(jié)音響的音量旋鈕來控制聲音的大小，微小 RNA 能夠精確地調節(jié)基因表達的強度和時間。
從線蟲到人類的驚人發(fā)現(xiàn)
如今，這一重大發(fā)現(xiàn)源于 Ambros 和 Ruvkun 對一種非常簡單的動物——線蟲的研究。上世紀 80 年代，Ambros 和 Ruvkun 在研究線蟲生長相關的生理學機制時，偶然發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的“指揮官”。這個“指揮官”就是lin-4 基因。
通常，基因的工作是指導細胞制造蛋白質，就像工廠里的設計圖紙。但是，lin-4 這個“指揮官”不一樣，它不制造蛋白質，而是產(chǎn)生了一種很短的 RNA 分子。更有趣的是，這個短小的 RNA 分子似乎能夠影響另一個基因 lin-14 的工作。
這就好比在一個大工廠里，發(fā)現(xiàn)了一個小小的開關，居然能控制整個生產(chǎn)線的運轉！
1993 年，Ambros 和 Ruvkun 分別發(fā)表論文，解釋了這個神奇的控制過程。他們發(fā)現(xiàn) lin-4 RNA 就像一把鑰匙，能夠與 lin-14 基因產(chǎn)生的信使RNA的某些部分完美匹配。當這把“鑰匙”插入“鎖孔”后，就會阻止 lin-14 產(chǎn)生蛋白質。
科學家們在研究 lin-4 和 lin-14 這兩個基因時，發(fā)現(xiàn)了一件非常有趣的事情。lin-4 基因產(chǎn)生的一小段 microRNA，就像一個微型密碼，而這個密碼恰好能部分匹配 lin-14 基因末端的一些重復片段。這就像是發(fā)現(xiàn)了兩個基因之間的秘密通信方式！
microRNA 的發(fā)現(xiàn)就像是揭示了生命中的一個隱藏開關，為我們理解生命如何精確調控自己開啟了一扇新的大門。
然而，這個發(fā)現(xiàn)一開始并沒有引起太多關注。
直到 2000 年，Ruvkun 的實驗室發(fā)現(xiàn)了名為 let-7 的第二個微小 RNA。讓科學家們興奮的是，let-7 不僅存在于線蟲中，還在人類和其他動物中被發(fā)現(xiàn)。
這意味著，微小 RNA 調控機制在動物進化中具有普遍性和重要性。
微小RNA的廣泛作用
隨著研究的深入，科學家們發(fā)現(xiàn)微小 RNA 參與調控生物體發(fā)育和生理過程的方方面面：
1.在動物的成長過程中，微小 RNA 幫助控制各個發(fā)育階段的精確時間。例如，在線蟲從幼蟲到成蟲的轉變過程中，lin-4 和 let-7 起著關鍵作用。微小 RNA 還參與決定細胞的命運。它們可以穩(wěn)定特定細胞類型的特征，同時抑制其他細胞類型的基因表達。這對于維持組織的正常功能至關重要。
顯示動物發(fā)育異常的線蟲 lin-4 和 lin-14 突變體。lin-4 突變體重復執(zhí)行細胞譜系的發(fā)育程序，導致體內(nèi)積累卵子但沒有形成外陰；而 lin-14 突變體體型較小，缺乏幼蟲期發(fā)育。線蟲圖像改編自
2.在成年生物體內(nèi)，微小 RNA 幫助維持各種組織的穩(wěn)態(tài)。它們像一個精密的平衡器，確保細胞內(nèi)各種基因的表達水平保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。
3.當生物遇到環(huán)境壓力時，某些微小 RNA 還能幫助細胞做出適當?shù)姆磻Ｋ鼈兛梢匝杆僬{整基因表達，使細胞能夠應對外部變化。
從實驗室到臨床
微小 RNA 的醫(yī)學應用
科學家們已發(fā)現(xiàn)，微小 RNA 的異常與多種疾病有關，包括癌癥、心臟病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。這為疾病的診斷和治療提供了新的思路。
在診斷方面，某些微小 RNA 可以作為疾病的生物標志物。例如，通過檢測血液中某些微小 RNA 的水平，醫(yī)生可能在未來更早地發(fā)現(xiàn)某些癌癥。這種無創(chuàng)的檢測方法有望革新疾病的早期診斷。
在治療方面，科學家們正在探索通過調節(jié)特定微小 RNA 的活性來治療疾病。例如，在某些癌癥中，一些微小 RNA 的表達異常升高，而另一些則異常降低。通過恢復這些微小 RNA 的正常水平，可能達到抑制腫瘤生長的效果。
微小 RNA 還在再生醫(yī)學領域展現(xiàn)出潛力。研究表明，通過操控某些微小 RNA，可以影響干細胞的分化方向，這為組織修復和器官再生提供了新的可能性。
microRNA
從被人冷落到未來可期
微小 RNA 的發(fā)現(xiàn)為我們揭示了生命的一個新維度。就像我們發(fā)現(xiàn)了調控基因的一個隱藏開關，這個發(fā)現(xiàn)讓我們對生命的復雜性有了新的認識。
但是，我們對微小 RNA 的了解還遠遠不夠。
未來，科學家們將繼續(xù)探索微小 RNA 的作用機制，尋找更多與疾病相關的微小 RNA。同時，如何將實驗室的發(fā)現(xiàn)轉化為臨床應用，也是一個重要的研究方向。我們可以期待，基于微小 RNA 的新型診斷工具和治療方法將不斷涌現(xiàn)。
此外，微小 RNA 研究也可能為其他領域帶來啟發(fā)。例如，在農(nóng)業(yè)中，通過調控植物的微小 RNA，可能培育出抗病蟲害或適應氣候變化的新品種。在環(huán)境保護方面，微小 RNA 可能成為監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的新工具。
2024 年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的頒發(fā)，不僅是對 Ambros 和 Ruvkun 個人成就的肯定，更是對整個微小 RNA 研究領域的認可。隨著研究的深入，微小 RNA 領域必將繼續(xù)為生命科學和醫(yī)學帶來更多驚喜和突破。
今天看似無關緊要的發(fā)現(xiàn)，可能成為未來改變世界的突破口。這就是科學的魅力所在，也是激勵我們不斷探索的動力。
原標題：曾被冷落7年，終獲諾獎！2024年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎揭曉
編輯：吳思責編：吳忠蘭審核：馮飛
