諾貝爾獎揭曉
在北京時間10月7日17時30分左右,瑞典卡羅琳醫學院正式揭曉,2024年諾貝爾生理學或醫學獎殊榮歸屬兩位杰出的美國科學家——維克托·安布羅斯(Victor Ambros)與加里·魯夫坎(Gary Ruvkun),以表彰他們在微小核糖核酸(microRNA,簡稱miRNA)領域取得的突破性成就,特別是揭示了miRNA在轉錄后基因調控中的核心作用。此番嘉獎不僅是對兩位科學家非凡科研貢獻的高度認可,更是人類不懈追求知識、勇于探索未知精神的璀璨展現。
miRNA
維克托·安布羅斯和加里·魯夫坎的研究始于對秀麗隱桿線蟲的研究。這種長度僅為1毫米的蠕蟲,成為了他們探索基因調控機制的得力助手。在研究過程中,他們發現了一種名為lin-4的微小RNA分子,這種分子能夠抑制另一種基因lin-14的表達。這一發現揭示了miRNA在基因調控中的重要作用,也開啟了人們對miRNA研究的熱潮。
微小RNA(microRNA,簡稱miRNA)是一類內源性的非編碼小分子RNA,屬于是非編碼 RNA 中的一種。由于它的長度很短,通常由約22個核苷酸組成。它們在細胞中扮演基因表達的調控者,通過與靶 mRNA 的互補配對而在轉錄后水平上對基因的表達進行負調控,導致 mRNA 的降解或翻譯抑制。
微小核糖核酸的作用機制
同一生物體不同的組織細胞的基因組成是相同的,但是其表達不同,原因在于基因調控。它允許每個細胞只選擇與自身功能相關的指令,確保不同細胞產生不同的蛋白質。基因的表達具有時間和空間特異性,由特異基因的啟動子和增強子與調節蛋白相互作用決定。
遺傳信息從 DNA 到 mRNA 再到蛋白質的流動。我們體內所有細胞的 DNA 中都儲存著相同的遺傳信息。這需要精確調節基因活性,以便每種特定細胞類型中只有正確的基因組合具有活性。
此前,科學家們普遍認為,基因調控是通過一種名為“轉錄因子”的特殊蛋白質來實現的,這種蛋白質通過結合到DNA的特定區域,決定產生哪些mRNA。然而,microRNA的發現揭示了基因調控的一個全新維度。
基本步驟和應用潛力
1. 轉錄:miRNA基因在細胞核內被轉錄成較長的初級miRNA(pri-miRNA)。
2. 加工:pri-miRNA由核酸內切酶Drosha加工成約70個核苷酸的帶莖環狀結構的前體miRNA(pre-miRNA)。
3. 核輸出:pre-miRNA被Exportin-5識別并輸出到細胞質中。
4. Dicer加工:在細胞質中,Dicer酶進一步將pre-miRNA切割成約22個核苷酸的miRNA雙鏈。
5. 加載到RISC復合體:miRNA雙鏈被加載到RNA誘導沉默復合體(RISC)。在這一過程中,通常一條鏈(稱為引導鏈)被保留,另一條鏈(稱為乘客鏈)被降解。
6. 靶mRNA識別:miRNA引導RISC復合體識別并結合到靶mRNA的3'非翻譯區(3' UTR)或其他區域的互補序列上。
7. 基因沉默:miRNA與靶mRNA結合后,可以抑制mRNA的翻譯或促進mRNA的降解,從而減少或消除特定蛋白質的產生。翻譯抑制:miRNA與mRNA的結合可以阻止核糖體的移動,從而抑制蛋白質的翻譯。mRNA降解:如果miRNA與mRNA的互補性很高,可以導致mRNA被切割降解。
8. 功能調控:通過上述機制,miRNA可以調控細胞內特定基因的表達,影響細胞的生長、分化、凋亡等生物學過程。
微小核糖核酸的應用潛力
關于微小核糖核酸(microRNA)及其在轉錄后基因調控中的作用的發現,具有廣泛的實際應用價值,主要體現在以下幾個方面:
1. 疾病診斷:
microRNA的表達水平與多種疾病的發生和發展密切相關。通過檢測特定microRNA的表達水平,可以為疾病的早期診斷提供重要依據。例如,某些microRNA的表達失調與胃癌、系統性紅斑狼瘡和老年冠心病等疾病的發生有關。
已有研究團隊在人類血清中發現完整結構的microRNA,并證明了細胞外小RNA是介導細胞、組織間通信交流的新型信號分子。基于此,可以建立基于細胞外小RNA的疾病診斷新范式,開發相關試劑盒,用于提高胰腺癌等疾病的早診準確率。
2. 藥物開發:
microRNA的發現為藥物研發提供了新的靶點。通過調節特定microRNA的表達水平,可以影響相關基因的表達和調控,從而為疾病的治療提供新的手段。
目前,基于microRNA的人類療法正在針對心臟病、癌癥、神經退行性疾病等進行臨床試驗。這些研究有望為相關疾病的治療提供新的突破。
3. 生物醫學研究:
microRNA的發現和研究推動了生命科學和生物醫藥相關領域的快速發展。它讓實驗室的研究工具更加豐富,催生出一系列轉錄后調控的工具,進一步助力生命科學和生物醫藥相關研究。
通過深入研究microRNA的調控機制和作用方式,可以更深入地了解生命的本質和規律,為生物醫學研究提供新的思路和方法。
4. 物種演化和生命本源探索:
microRNA具有物種特異性的特點,即不同物種間有很大差異。通過對不保守microRNA進行分析,可以揭示microRNA的起源、演化及與靶基因的共進化等規律。
這些研究有助于從物種演化的歷史長河中發現生物性狀創新的機制,進一步理解生命本源和生命活動的精準有序性。
結語
2024-12-21
2024-11-20
2024-10-10