2024年诺贝尔生理学或医学奖揭晓！微小RNA蕴藏基因调控之谜

　　来源：蝌蚪五线谱

　　当地时间10月7日，瑞典卡罗琳医学院宣布，将2024年诺贝尔生理学或医学奖授予两位美国科学家维克托·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁夫昆（Gary Ruvkun）。他们将共享1100万瑞典克朗奖金（约合745万元人民币）。这是诺贝尔生理学或医学奖自1901年起第115次颁发。

　　发现与研究过程

　　诺贝尔奖委员会在声明中盛赞了两位科学家的突破性发现微小RNA（microRNA）及其在转录后基因调控中的关键作用，并称他们揭示了一种全新的基因调控原理。

　　诺贝尔奖官方解释，mircroRNA基因调控机制已经存在了数亿年，现在人类基因组已经编码超过了1000个microRNA，事实证明了microRNA对生物体的发育和功能具有根本性的重要作用。

　　在20世纪60年代，科学家们就发现了转录因子可以结合到DNA的特定区域，通过决定产生哪些mRNA（信使RNA）来控制遗传信息的流动。从那时起，数千种转录因子的鉴定被发现，在很长一段时间内人们认为基因调控的主要原理已经被解决。

　　然而，1993年，今年的诺贝尔奖两位得主发表了意想不到的发现，论文发表在1993年《细胞》杂志的两篇文章中，论述了一个新的基因调控机制，一种以前未知的微小RNA介导的新的基因调控原理！

　　但这一发现当时并没有多大的影响力，科学界认为这种不寻常的基因调控机制被认为是模式生物秀丽线虫的一个特性，可能与人类和其他更复杂的动物无关。极大反响来自2000年鲁夫昆的研究小组发现microRNA的基因调控作用实际上普遍存在于整个生物界。

　　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。

　　遗传信息从DNA到mRNA到蛋白质的流动。相同的遗传信息储存在我们体内所有细胞的DNA中。这需要对基因活动进行精确的调控，以便在每个特定的细胞类型中只有正确的基因组是活跃的。 ©诺贝尔生理学或医学委员会。

　　两位诺贝尔奖得主当年是研究了两个突变株的蠕虫——秀丽隐杆线虫，得以发现microRNA在基因调控中的特别作用。

　　2000年鲁夫昆的研究小组发现microRNA的基因调控作用实际上普遍存在于整个动物界。 ©诺贝尔生理学或医学委员会。

　　什么是microRNA？

　　那么，普通公众如何来理解这一成就呢？现在蝌蚪君先用形象比喻的方法来科普一下microRNA，看看它在基因表达调控中到底是一个什么样的角色。

　　首先，我们要先来梳理好DNA，RNA（mRNA），microRNA之间的作用关系。我们不妨来做这样一个比喻，我们身体细胞中的核糖体就像一个特别大的厨房，需要成千上万的厨师为它提供食品以维持运转。

　　所以，厨房的大总管制定了一本庞大的食谱书（DNA），他每天给厨师们下发指令去做各式菜肴（蛋白质），而RNA就是传达指令的快递小哥，他负责将这本食谱书的某一页复印出来并告诉厨师们具体要做什么餐，这被复印出来的某一页食谱就是mRNA。

　　由于工程量太大了，总管怕厨师们干不好，就派发了很多“小管理员”来监督和调控厨师们的工作效率，而microRNA就是厨师们的小管理员。

　　接着，让我们再用形象的比喻来解释microRNA在基因表达调控中的作用，也就是它们是如何相互配合进行工作的。

　　Part.01下指令

　　上峰的需求总是变来变去，有时候让下面干活的人无所适从。比如，总管突然说，今天需要减少某种菜肴的制作，小管理员microRNA快马加鞭，就拿着“减量”指令牌，找到负责制作这类菜肴的厨师们，告诉他们：快快停工，快快减量！减少某个蛋白质的合成量！

　　Part.02贴封条

　　可就有一些厨师们不听指挥。有一些厨师们还大声嚷嚷，我们都收到快递小哥（RNA）下发的菜谱了，我们的职责就是：收到菜谱，立刻炒菜！（难道厨师们是按量提成的？）小管理员microRNA可没商量余地，二话不说，直接拿出“封条”把那些不听话的厨师们当场封杀。

　　小管理员microRNA一边贴封条，一边向更多的厨师们叫嚷：赶紧的！把RNA下发的菜谱收起来了，别看菜谱了，一看菜谱，就想炒菜，你们这帮家伙，不用脑子吗？实在不行，把耳朵竖起来，听听指令！

　　Part.03半路杀

　　有时候，小管理员microRNA比我们预想的还要简单粗暴，他们懒得去找厨师们费口舌了，直接在半路截住快递小哥，把“菜谱”直接撕毁，“没了菜谱，看你们还怎么炒菜！”。当然，学术一点，这个叫促进mRNA的降解。

　　通过这样的调控，microRNA帮助总管保证身体维持平衡，不会生产过多或过少的产品。如果microRNA工作不正常，可能会导致工厂混乱，比如生产了太多不需要的产品或者太少重要的产品，这就像是身体出现了疾病。

　　所以，microRNA就像是身体工厂中的小小调节器，它们虽然体积小，但作用大。microRNA通过这种方式调节细胞内mRNA的数量和活性，从而精细调控基因表达，它们可以影响细胞生长、分化和代谢等多种生物过程。

　　神奇的是，单个microRNA可以调节许多不同的基因的表达，反之，单个基因可以被多个microRNA调节，从而协调和微调整个基因网络，确保我们的身体能够健康、有序地运作。

　　医学应用前景

　　现在，我们来用学术化用语科普一下microRNA在基因表达调控中的作用，以及它在医学应用上的前景。

　　01

　　基因调控：

　　microRNA不编码蛋白质，而是通过调控其他基因的表达来发挥作用。它们主要在转录后水平上调节基因表达，这意味着它们影响的是mRNA的稳定性和翻译过程，而不是mRNA的合成。

　　02

　　作用机制：

　　microRNA通常与目标mRNA分子的互补序列结合，这通常导致mRNA的降解或者抑制其翻译成蛋白质。这种调控可以减少特定蛋白质的产生，从而影响细胞的行为和功能。

　　03

　　多样性：

　　在多种生物中，包括植物、动物和某些病毒，都发现了microRNA。它们在不同的生物过程中起着重要作用，如发育、细胞分化和疾病发生等。

　　04

　　生物学功能：

　　microRNA参与许多生物学过程，包括细胞增殖、分化、凋亡（程序性细胞死亡）和免疫反应。它们通过调控多个基因的网络，对细胞表型和生物体的生理状态产生广泛影响。

　　microRNA的发现揭示了基因调控的新维度。 ©诺贝尔生理学或医学委员会。

　　05

　　疾病相关性：

　　没有microRNA，细胞和组织就无法正常发育。microRNA的异常调节会导致癌症，并且在人类中发现了编码microRNA的基因突变，导致先天性听力损失、眼睛和骨骼疾病、心血管疾病、代谢性疾病、免疫系统疾病、肝脏肾脏疾病等等。

　　因此，microRNA检测在临床上的应用前景是积极和乐观的，它有望在癌症等多种疾病的诊疗指导中发挥重要作用。随着研究的深入和技术的进步，microRNA检测有望成为临床实践中不可或缺的一部分，为疾病诊断和治疗提供了新的策略。

　　2024年诺贝尔生理与医学奖授予了维克多·安布罗斯和加里·鲁夫昆。 ©诺贝尔生理学或医学委员会。

　　2024年，维克多·安布罗斯和加里·鲁夫昆因发现microRNA及其在基因表达调控中的作用而获得诺贝尔奖，这一新闻极大地推进了我们对基因调控网络的理解，并且将对生物医学研究产生更深远的影响。

　　回顾过去10年诺贝尔生理学或医学奖得主及其成就

　　撰稿：雷永青，科技媒体人

　　中国科普作家协会会员，北京科学技术普及创作协会会员

　　审稿：汤波，科普作家

　　生物化学与分子生物学博士 ，中国科普作家协会会员

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责任编辑：江钰涵