微小RNA蕴藏基因调控之谜！解读2024年诺贝尔生理学或医学奖

2024-10-08

<article><section data-type=“rtext”>同一个人的所有细胞都包含相同的染色体，但不同的细胞类型，如肌肉和神经细胞，却有着非常不同的特性，这些差异是如何产生的？答案在于基因调控，它使不同的细胞产生不同的蛋白质。2024年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎，以表彰他们发现了microRNA（微小RNA）及其在转录后基因调控中的作用。小蠕虫带来大突破20世纪80年代末，安布罗斯和鲁夫坎研究了一种长度不到1毫米的小蠕虫秀丽线虫，并将目标对准了它的两个突变株“lin-4”和“lin-14”。巧合的是，安布罗斯已经发现，lin-4基因似乎是lin-14基因的负调控者。然而，其中的抑制机制并不清楚。直到博士后结束，安布罗斯在哈佛大学的实验室中得到了一个意想不到的发现。lin-4基因产生的一个异常短的RNA（即microRNA），恰恰是抑制lin-14的“幕后黑手”。与此同时，鲁夫坎也发现lin-4并不影响lin-14基因产生mRNA，而是抑制mRNA生产蛋白质。他还发现lin-14的mRNA有一个关键片段，是lin-4对其进行抑制的“抓手”。<img data-alt="" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/6c0d327177c4ad49e3f9b586c396dfac.png?imageView2/2/w/750" />于是，两位科学家在交流后得到了一个突破性的结果：lin-4中的超短RNA与lin-14中mRNA的关键片段序列互补，超短RNA正是通过与mRNA结合“关闭”lin-14，阻止其蛋白质的产生。他们发现了以前未知的、基于microRNA的基因调控机制！此前，科学家们认为是一种名为“转录因子”的特殊蛋白质，通过结合到DNA的特定区域，决定产生哪些mRNA来实现基因调控。由沉默到巨大轰动但是，1993年，当安布罗斯和鲁夫坎在《细胞》杂志发表上述成果时，迎接他们的却是科学界的沉默。尽管是前所未有的发现，但科学界认为这种机制可能是秀丽线虫的一个特性，与人类和其他更复杂的动物无关。<img data-alt="" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/8200c612b2283957cc354168fe26489a.png?imageView2/2/w/750" />鲁夫坎发现由let-7基因编码的microRNA，该基因存在于整个动物界。直到2000年，当鲁夫坎研究小组公布其发现的另一种由let-7基因编码的microRNA时，沉默变成了巨大轰动。与lin-4不同，let-7基因存在于整个动物界。这一发现引起了科学界的“寻宝热潮”，在接下来的几年里，数百种不同的microRNA被鉴定出来。今天，我们知道人类体内有超过一千种不同的microRNA，没有它们，细胞和组织就无法正常发育，其异常和突变可能导致癌症等严重疾病。可以说，microRNA的出现揭示了基因调控的一个新的维度，对所有复杂的生命形式至关重要。而安布罗斯和鲁夫坎找到microRNA的过程也是同样的传奇和精彩！向耐得住“孤独”的科学家致敬张梦然从第一个microRNA发现至今，已经有30个年头。人们很难想象，当前在生物医学界蔚为大观的microRNA研究，曾一度处于边缘地位，甚至遭“选择性忽略”。这导致在较为漫长的时间里，维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎都在孤独求索。但与此同时，他们在这一领域的竞争对手也寥寥无几。科学探索之路往往被描绘为一段孤寂的旅程，但走过的人才知道其中的艰辛。科学家们在追求知识和真理的过程中，要面对长时间的独立研究、无数次的实验失败，甚至可能是来自同行或大咖们的质疑。不过，这种孤独并非总是负面的，它也给了求知求真的人们一个深入思考、激发创新思维的巨大空间。在这里，他们能不受干扰地追寻那些尚未被前人解答的难题。正是这份坚持，让人类的知识边界得以不断拓展；也正是这份精神，鼓励着每一个不懈努力的科研工作者。来源：科技日报（记者胡定坤），文中图片均来自瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔奖委员会官网</section></article>