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2024年诺贝尔生理学或医学奖揭晓
来源: | 作者:万淋潍 | 发布时间: 2024-10-10 | 89 次浏览 | 分享到:



诺贝尔奖揭晓




在北京时间10月7日17时30分左右,瑞典卡罗琳医学院正式揭晓,2024年诺贝尔生理学或医学奖殊荣归属两位杰出的美国科学家——维克托·安布罗斯(Victor Ambros)与加里·鲁夫坎(Gary Ruvkun),以表彰他们在微小核糖核酸(microRNA,简称miRNA)领域取得的突破性成就,特别是揭示了miRNA在转录后基因调控中的核心作用。此番嘉奖不仅是对两位科学家非凡科研贡献的高度认可,更是人类不懈追求知识、勇于探索未知精神的璀璨展现。

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miRNA




维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎的研究始于对秀丽隐杆线虫的研究。这种长度仅为1毫米的蠕虫,成为了他们探索基因调控机制的得力助手。在研究过程中,他们发现了一种名为lin-4的微小RNA分子,这种分子能够抑制另一种基因lin-14的表达。这一发现揭示了miRNA在基因调控中的重要作用,也开启了人们对miRNA研究的热潮。

微小RNA(microRNA,简称miRNA)是一类内源性的非编码小分子RNA,属于是非编码 RNA 中的一种。由于它的长度很短,通常由约22个核苷酸组成。它们在细胞中扮演基因表达的调控者,通过与靶 mRNA 的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控,导致 mRNA 的降解或翻译抑制。


微小核糖核酸的作用机制




      同一生物体不同的组织细胞的基因组成是相同的,但是其表达不同,原因在于基因调控。它允许每个细胞只选择与自身功能相关的指令,确保不同细胞产生不同的蛋白质。基因的表达具有时间和空间特异性,由特异基因的启动子和增强子与调节蛋白相互作用决定。

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      遗传信息从 DNA 到 mRNA 再到蛋白质的流动。我们体内所有细胞的 DNA 中都储存着相同的遗传信息。这需要精确调节基因活性,以便每种特定细胞类型中只有正确的基因组合具有活性。

     此前,科学家们普遍认为,基因调控是通过一种名为“转录因子”的特殊蛋白质来实现的,这种蛋白质通过结合到DNA的特定区域,决定产生哪些mRNA。然而,microRNA的发现揭示了基因调控的一个全新维度。

基本步骤和应用潜力




1. 转录:miRNA基因在细胞核内被转录成较长的初级miRNA(pri-miRNA)。

2. 加工:pri-miRNA由核酸内切酶Drosha加工成约70个核苷酸的带茎环状结构的前体miRNA(pre-miRNA)。

3. 核输出:pre-miRNA被Exportin-5识别并输出到细胞质中。

4. Dicer加工:在细胞质中,Dicer酶进一步将pre-miRNA切割成约22个核苷酸的miRNA双链。

5. 加载到RISC复合体:miRNA双链被加载到RNA诱导沉默复合体(RISC)。在这一过程中,通常一条链(称为引导链)被保留,另一条链(称为乘客链)被降解。

6. 靶mRNA识别:miRNA引导RISC复合体识别并结合到靶mRNA的3'非翻译区(3' UTR)或其他区域的互补序列上。

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7. 基因沉默:miRNA与靶mRNA结合后,可以抑制mRNA的翻译或促进mRNA的降解,从而减少或消除特定蛋白质的产生。翻译抑制:miRNA与mRNA的结合可以阻止核糖体的移动,从而抑制蛋白质的翻译。mRNA降解:如果miRNA与mRNA的互补性很高,可以导致mRNA被切割降解。


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8. 功能调控:通过上述机制,miRNA可以调控细胞内特定基因的表达,影响细胞的生长、分化、凋亡等生物学过程。



微小核糖核酸的应用潜力




关于微小核糖核酸(microRNA)及其在转录后基因调控中的作用的发现,具有广泛的实际应用价值,主要体现在以下几个方面:

1. 疾病诊断:

microRNA的表达水平与多种疾病的发生和发展密切相关。通过检测特定microRNA的表达水平,可以为疾病的早期诊断提供重要依据。例如,某些microRNA的表达失调与胃癌、系统性红斑狼疮和老年冠心病等疾病的发生有关。

已有研究团队在人类血清中发现完整结构的microRNA,并证明了细胞外小RNA是介导细胞、组织间通信交流的新型信号分子。基于此,可以建立基于细胞外小RNA的疾病诊断新范式,开发相关试剂盒,用于提高胰腺癌等疾病的早诊准确率。


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2. 药物开发:

microRNA的发现为药物研发提供了新的靶点。通过调节特定microRNA的表达水平,可以影响相关基因的表达和调控,从而为疾病的治疗提供新的手段。

目前,基于microRNA的人类疗法正在针对心脏病、癌症、神经退行性疾病等进行临床试验。这些研究有望为相关疾病的治疗提供新的突破。


3. 生物医学研究:

microRNA的发现和研究推动了生命科学和生物医药相关领域的快速发展。它让实验室的研究工具更加丰富,催生出一系列转录后调控的工具,进一步助力生命科学和生物医药相关研究。

通过深入研究microRNA的调控机制和作用方式,可以更深入地了解生命的本质和规律,为生物医学研究提供新的思路和方法。


4. 物种演化和生命本源探索:

microRNA具有物种特异性的特点,即不同物种间有很大差异。通过对不保守microRNA进行分析,可以揭示microRNA的起源、演化及与靶基因的共进化等规律。

这些研究有助于从物种演化的历史长河中发现生物性状创新的机制,进一步理解生命本源和生命活动的精准有序性。


结语




      microRNA的发现具有广泛的实际应用价值,不仅为疾病诊断、药物开发和生物医学研究提供了新的思路和方法,还有助于我们更深入地了解生命的本质和规律。