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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

胡定坤/微信公号“科技日报”
2024-10-07 22:40
生命科学 >
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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”。

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。

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。

    责任编辑:王晓峰
    图片编辑:蒋立冬
    澎湃新闻报料:021-962866
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