新華社斯德哥爾摩10月7日電 科普｜讓細(xì)胞遵循正確的“說明書”——2024年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)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(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)“花落”美國(guó)科學(xué)家維克托·安布羅斯和加里·魯夫坎。他們關(guān)于微小核糖核酸及其在轉(zhuǎn)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(xì)胞遵循正確“說明書”
儲(chǔ)存在染色體內(nèi)的信息堪稱我們體內(nèi)所有細(xì)胞的“工作說明書”。每個(gè)細(xì)胞都含有相同的染色體，也就是說每個(gè)細(xì)胞都含有完全相同的基因組和完全相同的指令集。
但細(xì)胞們?yōu)槭裁磿?huì)表現(xiàn)出不同的功能？例如，眼睛中的細(xì)胞對(duì)光敏感，而腸道細(xì)胞則要有吸收養(yǎng)分的通道。特定的細(xì)胞和器官有特定的功能，基因是如何在正確的細(xì)胞中被激活呢？
答案就在于基因調(diào)控。它允許每個(gè)細(xì)胞只選擇相關(guān)的指令，確保每種細(xì)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(guān)閉，每種細(xì)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(jì)60年代，人們發(fā)現(xiàn)一種稱為轉(zhuǎn)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(jié)合，合成相應(yīng)的信使核糖核酸，而信使核糖核酸又作為模板，合成表達(dá)特定基因功能的蛋白質(zhì)。從那時(shí)起，數(shù)千種轉(zhuǎn)錄因子被鑒定出來，人們一度認(rèn)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(jì)80年代末期，安布羅斯和魯夫坎在2002年諾獎(jiǎng)得主羅伯特·霍維茨實(shí)驗(yàn)室從事博士后工作，他們對(duì)不同類型細(xì)胞如何發(fā)育產(chǎn)生了濃厚興趣。
在霍維茨的實(shí)驗(yàn)室中，他們研究了一種相對(duì)不起眼的約1毫米長(zhǎng)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(xì)胞類型，例如神經(jīng)細(xì)胞和肌肉細(xì)胞，這些細(xì)胞在更大、更復(fù)雜的動(dòng)物中也有，這使得這種線蟲成為研究多細(xì)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(dǎo)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(gè)核苷酸組成的短鏈，因此被稱作微小核糖核酸。
兩位科學(xué)家分別研究了線蟲的兩個(gè)突變類型：lin-4和lin-14，它們?cè)诎l(fā)育中表現(xiàn)出基因激活時(shí)間的異常。在研究中，安布羅斯發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)微小核糖核酸，幾乎同一時(shí)期魯夫坎發(fā)現(xiàn)了相關(guān)調(diào)控機(jī)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(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)成員、卡羅琳醫(yī)學(xué)院教授斯滕·林納爾松7日接受新華社記者采訪時(shí)解釋說，基因在正確的細(xì)胞中被激活，“其中一個(gè)機(jī)制是我們之前理解的轉(zhuǎn)錄因子，而微小核糖核酸的發(fā)現(xiàn)則展示了另一個(gè)新的調(diào)控機(jī)制，它可以抑制信使核糖核酸的功能，從而使細(xì)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(xué)界起初認(rèn)為，安布羅斯和魯夫坎所發(fā)現(xiàn)的新的基因調(diào)控機(jī)制可能是秀麗隱桿線蟲的特殊之處，與人類沒有什么關(guān)系。這種看法在2000年發(fā)生了改變，因?yàn)轸敺蚩惭芯啃〗M發(fā)現(xiàn)了另一種微小核糖核酸let-7，它存在于整個(gè)動(dòng)物界。這引起了人們的極大興趣。
如今，關(guān)于微小核糖核酸的研究成果可謂進(jìn)入“井噴”階段。科學(xué)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(xì)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(guān)，然而將其應(yīng)用于癌癥治療還面臨挑戰(zhàn)。“將微小核糖核酸轉(zhuǎn)化為藥物仍然非常困難，因?yàn)槊總€(gè)微小核糖核酸調(diào)控多個(gè)基因。如果你試圖糾正一種缺陷，可能會(huì)引發(fā)其他基因變化從而導(dǎo)致‘脫靶’。”林納爾松說。
“在微小核糖核酸研究領(lǐng)域，有很多來自中國(guó)科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)。”林納爾松表示，關(guān)于微小核糖核酸的科學(xué)文獻(xiàn)已超過10萬(wàn)篇，但還需要世界各地的科學(xué)家繼續(xù)共同探索。
