诺贝尔生理学或医学奖：他们揭示了基因调控的全新维度
2024-10-20王莉萍
每年一度的诺贝尔奖来了。当地时间10月7日瑞典卡罗琳医学院宣布，2024年诺贝尔生理学或医学奖授予维克托·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁夫昆（Gary Ruvkun）。
这两位研究人员因“发现微核糖核酸（miRNA）及其在调节基因活动中的作用”这一研究成果，受到了诺贝尔评选委员会的青睐。此次他们将共享1100万瑞典克朗奖金（约合745万元人民币）。
获奖者维克托·安布罗斯是发育生物学家，为美国马萨诸塞大学医学院教授，1975年毕业于麻省理工学院。另一位获奖者加里·鲁夫昆是分子生物学家，美国哈佛医学院遗传学教授，他1973年在伯克利加州大学获学士学位，后在哈佛大学获博士学位。
这两位杰出的科学家，一度奋斗在同一实验室，并一直对一个基础性的问题充满好奇：不同细胞类型是如何在生物体内发育起来的？
他们发现了什么
全世界的生物学家一直在求解：为什么一个生物体里的每一个细胞携带的是相同的遗传信息，最终却发展成为功能截然不同的细胞？
安布罗斯和鲁夫昆给出的答案是，这取决于遗传信息如何受到调控，而微核糖核酸在其中扮演关键角色。miRNA是一类天然生成的小型非编码RNA分子，长约21个-25个核苷酸，别看其个头小，在基因调控中作用却极大。
这一结论，来自安布罗斯和鲁夫昆对线虫的研究。
1953年出生的维克托·安布罗斯到了读博士时才发现生物科学的迷人之处。他在1971年进入麻省理工学院学习天文知识时，发现自己的物理数学能力一般。和睡在旁边的室友在经过几个晚上讨论分子生物与基因组学后，维克托确定了自己的兴趣爱好——分子生物科学，继而在博士期间他转而做线虫相关的研究。
20世纪80年代末，维克托·安布罗斯和加里·鲁夫昆成为麻省理工Robert Horvitz实验室的博士后。这是由2002年获得过诺贝尔奖的罗伯特·霍维茨（Robert Horvitz）在1978年创立的一个细胞科研实验室。
在Horvitz的实验室里，安布罗斯和鲁夫昆研究了一种毫不起眼的一毫米长的线虫。尽管体型小，线虫是世界上第一个被阐明所有体细胞发育谱系和神经元相互作用的多细胞生物，在20℃的实验室条件下，线虫的世代周期为3天-4天，平均寿命约三周左右。因此成为研究多细胞生物体的模式生物。
在20世纪60年代，一些研究已经表明，被称为转录因子的特定蛋白质可以结合到DNA的特定区域，并由此来控制遗传信息的流动。从那时起，研究人员已经鉴定出数千种转录因子，由此，人们也一直认为基因调控的主要原理已经解决。
然而，在1993年，安布罗斯在线虫中发现了第一个miRNA。这个意想不到的发现，描述了一个新层次的基因调节。
事实证明，这在整个进化过程中非常重要。不过，由于其研究的超前性，在当时这一研究结果并未得到广泛的关注与认可。
安布罗斯和鲁夫昆以线虫为研究对象，深入研究了异时基因（heterochronic gene）miRNA-lin-4及其转录因子lin-14，在发育过程中的基因程序激活时间上表现出缺陷。他们希望识别突变基因并了解它们的功能。安布罗斯此前曾表明，lin-4基因似乎是lin-14基因的负调节剂。
然而，lin-14活动是如何被阻止的尚不清楚。直到鲁夫昆发现首例miRNA-lin-4通过与目标信使RNA不完全碱基配对来调控这些目标的翻译的机制，并发现了第二个miRNA-let-7，以及它在动物系统发育中如何保护的。
简而言之，两位获奖者的工作有助于解释细胞是如何特化，并发展成不同类型的。一个生命体的每一个细胞尽管都拥有相同的染色体，但是不同的细胞类型依然具备不同的特性。比如肌肉细胞和神经细胞就具有完全不同的功能。相同的基因能够让细胞发育出不同的功能，正是仰赖于两位科学家发现的调控原理。事实证明miRNA在生物体的生长、发育以及疾病发生过程进行调控。
诺贝尔奖委员会表示，安布罗斯和鲁夫昆的突破性发现揭示了一种全新的基因调控原理，该原理对于包括人类在内的多细胞生物至关重要。
他们的研究影响力
维克托·安布罗斯和加里·鲁夫昆的成果，为基因调控研究开辟了全新的视角。
若没有miRNA，细胞和组织可能无法正常发育，异常调节可能导致癌症，基因突变导致先天性听力损失、眼睛和骨骼疾病等疾病。此外，基因调控出错，可能导致癌症、糖尿病或自体免疫疾病等慢性病。
2021年，美国哥伦比亚大学的研究团队在《自然》（Nature）发表一篇文章，研究人员利用线虫作为研究对象，通过动态追踪线虫胚胎发育后期不同时间节点的发育过程并检测基因表达谱，发现神经元类型特异性基因普遍存在表达改变，并且许多表达变化是由保守的异时性miRNA Lin-4的发育上调，并通过抑制lin-14促进成熟神经元转录程序所控制的。同时，对不同维度的行为范例进行检测，发现lin-14是整合时间、性别以及环境三个来源的信息的关键枢纽。
此研究表明，Lin-4及其转录因子lin-14可对线虫神经系统的时序转换过程进行调节。
今天更多的研究人员投身于miRNA研究，现在已知人类基因组编码超过1000个miRNA。一些研究已经发现miRNA与许多恶性疾病的发病机制有关。
《自然科学》刊登的一篇论文《miRNA：除了抑制，它还有激活功能》介绍，至今miRNA的研究已有20多个年头，其功能涉及参与肿瘤细胞的增殖、迁移与侵袭等种种生物学行为。因此，研究miRNA的调控机制对肿瘤临床诊断和治疗具有重要的理论意义和应用价值。
