三分钟读懂诺贝尔生理学或医学奖microRNA到底是何方神圣!

北京时间10月7日下午5:30分,本年度的第一个诺贝尔奖揭晓了。

2024年的诺贝尔生理学或医学奖授予了美国生物学家维克多·安布鲁斯(Victor Ambros)和 加里·鲁夫肯(Gary Ruvkun),以表彰他们发现microRNA及其在后转录基因调控中发挥的作用。

三分钟读懂诺贝尔生理学或医学奖microRNA到底是何方神圣!

图源于网络

"microRNA的发现及其在转录后基因调控中的作用"这个话题,用老师话来说就是....

我们的身体里有许多不同的DNA片段,这些片段就像一个个小指令,指导着身体制造不同的mRNA(信使核糖核酸)。然后,这些mRNA再进一步被翻译成不同的蛋白质,这些蛋白质就像身体里的各种小工具,有着各自独特的功能,帮助身体完成各种任务。

因为不同的蛋白质,我们的身体才能形成各种各样的细胞,比如神经细胞、肌肉细胞、肠表皮细胞等等。虽然这些细胞都藏在我们身体的各个角落,但它们其实都共享着同一份“说明书”——也就是我们的DNA。

那么,问题来了:

既然所有的细胞都拥有相同的“说明书”,为什么它们最后会变成不同的细胞类型,只做自己该做的事情呢?

这里就要说到microRNA了。microRNA就像是身体里的“小交警”,它们在不同的细胞里,负责指挥哪些mRNA可以被翻译成蛋白质,哪些不可以。这样一来,不同的细胞就能根据自己的需要,制造出不同的蛋白质,从而变成不同的细胞类型。

microRNA在人体发育过程中起着非常重要的作用,它帮助细胞分化成不同的类型,让身体能够正常发育。同时,它还能帮助细胞适应身体和环境的不断变化。但是,如果microRNA的调控出了差错,就可能会导致细胞功能异常,甚至引发癌症。

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图源于诺贝尔奖官方网站

两位诺奖得主研究miRNA的历程

一、miRNA的发现

1993年,生物学家维克托·安博斯(Victor Ambros)在线虫中发现了第一个miRNA lin-4,这一发现标志着miRNA研究的开端。安博斯在麻省理工学院Robert Horvitz的实验室工作期间,与实验室的技术员Rosalind Lee及博士后Rhonda Feinbaum共同完成了这一研究。他们最初以为lin-4是某种蛋白质,但后来发现它实际上是一种从短发夹结构的前体加工后得到的非编码RNA分子,仅有22个碱基。

与此同时,安博斯的同事加里·鲁弗肯(Gary Rovkun)也在探索lin-4的调控机制。鲁弗肯的研究发现,lin-4通过不完全的碱基配对调控靶基因的表达,具体是通过直接结合到mRNA本身来抑制lin-14信使RNA的蛋白质翻译。这一发现进一步揭示了miRNA的调控作用。

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图源于诺贝尔奖官方网站

二、miRNA研究的早期困境

尽管安博斯和鲁弗肯发现了第一个miRNA并揭示了其调控机制,但当时的研究并未引起广泛关注。一方面,lin-4仅在线虫中发现,尚未有证据表明miRNA在其他生物体内可保守存在。

另一方面,从发现第一个miRNA后的七年期间,再无新的miRNA被发现,也无其他同行报道发现类似的非编码miRNA。

因此,安博斯等人一度怀疑lin-4的发现是线虫发育的一个特例,并无推而广之的意义。

三、 miRNA研究的突破

直到2000年,情况才发生了转机。Victor Ambros实验室陆续发现lin-4不仅调控lin-14,还可以通过靶向其他基因进行调控。同时,RNA干扰的发现也表明具有双链结构的非编码小RNA可以干扰并沉默靶基因的表达,这与lin-4的调控机制类似。这些发现都暗示了microRNA的负向调控可能不是个例。

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图源于诺贝尔奖官方网站

同年,Gary Ruvken实验室在线虫中发现了第二条microRNA——let-7。这一发现进一步证明了microRNA的调节作用并不局限于秀丽隐杆线虫,并且let-7在动物中具有保守性。这一开创性的发现为后续microRNA的研究打下了铺垫。

四、miRNA研究的蓬勃发展

随着分子生物学技术的不断进步,越来越多的miRNA被发现。安博斯等人在2001年后陆续发现了多个新的miRNA(包括miR-1),并致力于找出更多的miRNA同类。同时,其他研究团队也在不同生物体中发现了大量的miRNA,并揭示了它们在个体发育、疾病发生发展过程中的重要作用。

目前,根据miRBase的最新数据统计显示,当前已发现的人类miRNA前体有1982条,成熟miRNA有2694条。随着miRNA相关研究不断推进,miRNA在基因调控中的普遍意义已经被广泛认可。

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图源于诺贝尔奖官方网站

关于获奖者Victor Ambros&Gary Ruvkun

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图源于诺贝尔奖官方网站

很有意思的是,这两个人一开始都不是学生物的,Gary一开始是主修电气工程,然后转学物理的,而Victor1971年进入麻省理工学院是学习天文的。Victor Ambros和Gary Ruvkun的学术背景虽然与分子生物学无直接关联。

但他们的跨学科知识和思维方式也为他们在这一领域的突破性研究提供了有力支持。

Victor Ambros和Gary Ruvken的杰出贡献不仅为我们揭示了生命现象的奥秘,还为未来的医学研究和治疗提供了新的思路和方法。

不只是癌症,很多其他疾病也跟miRNA有关。

比如,有些基因突变会导致听力损失、眼睛或骨骼的疾病,这些基因突变就是影响了miRNA的工作。

现在科学家们正在研究如何利用microRNA来开发新的诊断方法或治疗药物。目前,已经有不少这样的药物进入了临床试验阶段,期待未来为人类的健康带来更多的希望。

注:以上内容参考自诺贝尔奖官方网站,图片等内容版权归属于Nobelprize.org

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