新華社斯德哥爾摩10月7日電 科普｜讓細胞遵循正確的“說明書”——2024年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎成果再次揭示生命的精妙
新華社記者郭爽
2024年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎“花落”美國科學家維克托·安布羅斯和加里·魯夫坎。他們關于微小核糖核酸及其在轉錄后基因調(diào)控中作用的發(fā)現(xiàn)，再次揭示生命的精妙。他們的工作也展現(xiàn)了人類不斷超越已知、探索新知的前行過程。
讓細胞遵循正確“說明書”
儲存在染色體內(nèi)的信息堪稱我們體內(nèi)所有細胞的“工作說明書”。每個細胞都含有相同的染色體，也就是說每個細胞都含有完全相同的基因組和完全相同的指令集。
但細胞們?yōu)槭裁磿憩F(xiàn)出不同的功能？例如，眼睛中的細胞對光敏感，而腸道細胞則要有吸收養(yǎng)分的通道。特定的細胞和器官有特定的功能，基因是如何在正確的細胞中被激活呢？
答案就在于基因調(diào)控。它允許每個細胞只選擇相關的指令，確保每種細胞類型中只有正確的基因組處于活躍狀態(tài)。也就是說，通過精確控制基因的開啟和關閉，每種細胞類型都能選擇性地使用適合自己的那部分“說明書”。
20世紀60年代，人們發(fā)現(xiàn)一種稱為轉錄因子的特殊蛋白質(zhì)可以與脫氧核糖核酸中的特定區(qū)域結合，合成相應的信使核糖核酸，而信使核糖核酸又作為模板，合成表達特定基因功能的蛋白質(zhì)。從那時起，數(shù)千種轉錄因子被鑒定出來，人們一度認為基因調(diào)控的主要原理已經(jīng)被研究清楚了。
小蠕蟲帶來大突破
然而，安布羅斯和魯夫坎在1993年發(fā)表的兩篇論文卻打開了新天地。
20世紀80年代末期，安布羅斯和魯夫坎在2002年諾獎得主羅伯特·霍維茨實驗室從事博士后工作，他們對不同類型細胞如何發(fā)育產(chǎn)生了濃厚興趣。
在霍維茨的實驗室中，他們研究了一種相對不起眼的約1毫米長的蠕蟲——秀麗隱桿線蟲。盡管體型很小，秀麗隱桿線蟲卻擁有許多特殊的細胞類型，例如神經(jīng)細胞和肌肉細胞，這些細胞在更大、更復雜的動物中也有，這使得這種線蟲成為研究多細胞生物組織發(fā)育和成熟的有用參照物。
生物體內(nèi)的核糖核酸分為兩種：一種是參與編碼蛋白質(zhì)的核糖核酸，如指導合成蛋白質(zhì)的信使核糖核酸；另一種是不能編碼蛋白質(zhì)的核糖核酸，即非編碼核糖核酸。微小核糖核酸正是非編碼核糖核酸中的一種，由于它是僅有21-23個核苷酸組成的短鏈，因此被稱作微小核糖核酸。
兩位科學家分別研究了線蟲的兩個突變類型：lin-4和lin-14，它們在發(fā)育中表現(xiàn)出基因激活時間的異常。在研究中，安布羅斯發(fā)現(xiàn)了第一個微小核糖核酸，幾乎同一時期魯夫坎發(fā)現(xiàn)了相關調(diào)控機制，并指出lin-4和lin-14的基因調(diào)控發(fā)生在蛋白質(zhì)合成階段，而不是信使核糖核酸生成階段。
評獎委員會成員、卡羅琳醫(yī)學院教授斯滕·林納爾松7日接受新華社記者采訪時解釋說，基因在正確的細胞中被激活，“其中一個機制是我們之前理解的轉錄因子，而微小核糖核酸的發(fā)現(xiàn)則展示了另一個新的調(diào)控機制，它可以抑制信使核糖核酸的功能，從而使細胞表現(xiàn)出不同的特性。”
研究成果“井噴”但仍需不斷探索
科學界起初認為，安布羅斯和魯夫坎所發(fā)現(xiàn)的新的基因調(diào)控機制可能是秀麗隱桿線蟲的特殊之處，與人類沒有什么關系。這種看法在2000年發(fā)生了改變，因為魯夫坎研究小組發(fā)現(xiàn)了另一種微小核糖核酸let-7，它存在于整個動物界。這引起了人們的極大興趣。
如今，關于微小核糖核酸的研究成果可謂進入“井噴”階段。科學家們已發(fā)現(xiàn)，人類有超過1000種不同的微小核糖核酸，微小核糖核酸的基因調(diào)控在多細胞生物中是普遍存在的。
已有許多研究表明，微小核糖核酸與癌癥等多種疾病有關，然而將其應用于癌癥治療還面臨挑戰(zhàn)。“將微小核糖核酸轉化為藥物仍然非常困難，因為每個微小核糖核酸調(diào)控多個基因。如果你試圖糾正一種缺陷，可能會引發(fā)其他基因變化從而導致‘脫靶’?！绷旨{爾松說。
“在微小核糖核酸研究領域，有很多來自中國科學家的重要貢獻?！绷旨{爾松表示，關于微小核糖核酸的科學文獻已超過10萬篇，但還需要世界各地的科學家繼續(xù)共同探索。
